DESEMPENHO E EMISSÕES DE UM MOTOR-GERADOR DE … · Tabela 4.1 – Dados do motor de combustão interna 43 Tabela 4.2: Dados do gerador 43 Tabela 4.3: Nomenclatura das amostras empregadas

Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

DESEMPENHO E EMISSÕES DE UM MOTOR-GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA OPERANDO COM BIODIESEL

Núcleo Universitário Coração Eucarístico

Osmano Souza Valente

Belo Horizonte 2007

Osmano Souza Valente

DESEMPENHO E EMISSÕES DE UM MOTOR-GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA OPERANDO COM

BIODIESEL

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito para obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica.

Orientador: Prof. José Ricardo Sodré, Ph.D.

Belo Horizonte 2007

FICHA CATALOGRÁFICA

Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

Valente, Osmano Souza V154d Desempenho e emissões de um motor-gerador de energia elétrica operando com biodiesel / Osmano Souza Valente. Belo Horizonte, 2008. 140f. Orientador: José Ricardo Sodré Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. 1. Motor diesel. 2. Biodiesel. 3. Energia. 4. Emissão de gás de exaustão. 5. Óleos vegetais como combustível. I. Sodré, José Ricardo. II. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa e Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. III. Título.

CDU: 662.756

Esta dissertação é dedicada a todos

aqueles com quem a vida me deu a

oportunidade de conviver; aos meus filhos e

à mãe dos meus filhos; aos meus irmãos;

aos meus pais que me deram a vida; à

minha companheira de hoje que me

incentivou concluir esta obra.

ii

AGRADECIMENTOS

Ao Martinho Murta, ao Marcio José e ao Telmo Zenha companheiros de caminhada.

ao Prof. José Ricardo Sodré, Ph.D que aceitou esta empreitada;

aos alunos Vinícius Benini, Vinícius Montuori e Vinícius Camatta pela dedicação, como

bolsistas e voluntários, na execução dos testes de laboratório;

aos técnicos Pedro, Vinícius e Carlos sempre disponíveis;

ao Professor Dr. Flávio Antônio dos Santos Diretor do CEFETMG;

à Prefeitura de Varginha, nas pessoas de seu Secretário de Agricultura Joadylson

Antônio Barra Ferreira e seu Prefeito Mauro Tadeu Teixeira;

ao LEC-UFMG, na pessoa da Professora Dra Vânya Márcia Duarte Pasa, pelos ensaios

e apoio;

à UFRJ, na pessoa do Professor Dr. Carlos Rodrigues Pereira Belchior, pelos ensaios

dos combustíveis.

à AMBRA, na pessoa do Alfredo Conde, pelo biodiesel cedido.

à Fiat Automóveis e Fiat Powertrain, nas pessoas do Gilmar Laignier, Ronaldo Ávila e

João Irineu Medeiros.

iii

RESUMO

Neste trabalho estudou-se o consumo de combustível e as emissões de

poluentes na exaustão de um grupo motor-gerador de energia elétrica operando com

biodiesel. Comparou-se experimentalmente o consumo de combustível de misturas de

óleo diesel mineral e biodiesel de soja, nas concentrações de 5, 20, 35, 50 e 85%, ou

biodiesel de mamona, nas concentrações de 5, 20 e 35%, variando a carga aplicada ao

motor de 0 a 38,9 kW. As emissões de gases poluentes na exaustão foram avaliadas

para misturas óleo diesel mineral e biodiesel de óleo de fritura, nas proporções de 25,

50 e 75%, além das misturas e proporções utilizadas nos testes de consumo de

combustível. Mantido o ajuste original do motor para operação com óleo diesel mineral,

os resultados mostram um aumento do consumo de combustível quando se eleva a

concentração de biodiesel na mistura. Misturas contendo biodiesel de soja

apresentaram menor consumo de combustível que misturas com biodiesel de mamona

na mesma concentração. Notou-se ainda uma tendência de aumento das emissões de

óxido de nitrogênio, monóxido de carbono e hidrocarbonetos na exaustão com o

aumento da concentração de biodiesel no combustível. Elevadas concentrações de

biodiesel reduziram as emissões de hidrocarbonetos e a opacidade do gás de

exaustão. Os resultados comprovam a necessidade de ajustes no sistema de injeção

de combustível do motor para a operação apropriada com biodiesel.

Palavras-Chave: Motores Diesel, Biodiesel, Energia, Emissões, Combustíveis

iv

ABSTRACT

Fuel consumption and exhaust emissions from a diesel engine power generator

operating with biodiesel have been studied. Fuel blends of 5, 20, 35, 50, and 85%

soybean biodiesel/diesel oil and 5, 20, and 35% castor biodiesel/diesel oil were

compared through experiments for fuel consumption, with engine load varying from 0 to

38,9 kW. Engine exhaust emissions were correlated for fuel blends of 25, 50, and 75%

used cooking oil/diesel oil plus the same fuel blends used for the fuel consumption tests.

With the original engine settings for diesel oil operation, the results showed an increase

on fuel consumption with higher biodiesel concentration in the fuel. Soybean biodiesel

showed lower fuel consumption than castor biodiesel at a given concentration. An

increase in oxides of nitrogen, carbon monoxide and hydrocarbon emissions with higher

biodiesel concentration was also noticed. High biodiesel concentrations reduced smoke

and hydrocarbon emissions. The results demonstrate the need for engine fuel injection

system optimization for proper operation with biodiesel.

Keywords: Diesel Engine, Biodiesel, Energy, Emissions, Fuels

v

ÍNDICE

Dedicatória i

Agradecimentos ii

Resumo iii

Abstract iv

Índice v

Lista de Tabelas ix

Lista de Figura xii

Lista de Equações xv

Nomenclatura xv

Unidades xxii

Capítulo 1 – Introdução 1 1.1 – Prólogo 1

1.2 – Biodiesel 3

1.3 – Objetivos e Metas 3

1.4 – Visão geral do Biodiesel no Brasil e no Mundo 4

1.4.1 – O Biodiesel no Brasil 4

1.4.2 – O Biodiesel na Europa 9

1.4.3 – O Biodiesel nos Estados Unidos 12

1.5 – Escopo Da Dissertação 13

Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica 15

2.1 – Prólogo 15

2.2 – Propriedades do Biodiesel 15

2.3 – Desempenho e Emissões de Motores Utilizando Biodiesel 16

2.4 – Estado da Arte 19

vi

Capítulo 3 – Fundamentação Teórica 20 3.1 – Prólogo 20

3.2 – Princípios de operação de grupo gerador 20

3.2.1 – Conversão eletromagnética de energia 21

3.2.2– Máquinas Elétricas Rotativas - Geradores Elétricos 22

3.2.3 – Requisitos do Motor Térmico 24

3.3 – Consumo de Combustível 24

3.4 – Combustão E Combustíveis Para Motores Diesel 25

3.4.1 – Razão de Equivalência da Mistura 27

3.4.2 – Óleo Diesel 28

3.4.3 – Características e Propriedades do Combustível Diesel 29

3.4.3.1 – Massa Específica 29

3.4.3.2 – Número de Cetano 30

3.4.3.3 – Índice de Cetano 30

3.4.3.4 – Viscosidade Cinemática 31

3.4.3.5 – Ponto de Fulgor 31

3.4.3.6 – Ponto de Névoa 32

3.4.3.7 – Índice de Enxofre 32

3.4.3.8 – Poder Caloríficos 33

3.4.3.9 – Resíduo de Carbono 33

3.4.4 – Biodiesel 34

3.4.4.1 – Produção de Biodiesel Pelo Método da Transesterificação 34

3.4.4.2 – Características e Composição do Biodiesel 35

3.5 – Formação e Emissões de Poluentes 36

3.5.1 – Material Particulado 37

3.5.2 – Dióxido e Monóxido de Carbono 38

3.5.3 – Hidrocarbonetos Não Queimados 39

3.5.4 – Óxidos de Nitrogênio 40

vii

Capítulo 4 – Metodologia e Aparato Experimental 42 4.1 – Aparato Experimental 42 4.2 – Energia Elétrica 46

4.3 – Massa de Ar Admitido 47

4.4 – Temperatura e Pressão 49


4.6 – Opacidade dos Gases de Exaustão 52

4.7 – Concentração de Gases Poluentes na Exaustão 53

4.8 – Procedimento Experimental 56


4.10 –Emissões de Gases Poluentes 59

Capítulo 5 – Resultados Discussões 61 5.1 – Prólogo 61

5.2 – Propriedades Físico-Química Dos Combustíveis 62

5.2.1 – Massa Específica 62

5.2.2 – Viscosidade 64

5.2.3 – Índice de Cetano 65

5.2.4 – Volatilidade 67

5.2.5 – Teor de Enxofre 72

5.3 – Consumo De Combustível 73

5.3.1 – Massa de Combustível Consumido 74

5.3.2 – Razão Ar/Combustível 77

5.3.3 – Consumo Específico de Combustível 78

5.4 – Emissão de Gases Poluentes na Exaustão 80

5.4.1 – Concentração de Dióxido de Carbono 80

5.4.2 – Concentração de Monóxido de Carbono 82

5.4.3 – Concentração de Oxigênio 83

5.4.4 – Concentração de Hidrocarbonetos 85

5.4.5 – Concentração de Óxidos de Nitrogênio 86

5.4.6 – Opacidade do Gás de Exaustão 87

viii

Capítulo 6 – Conclusões 89

6.1 – Propriedades Físico-Químicas do Combustível 89


6.3 – Emissões de Gases Poluentes 91

6.4 – Sugestões para Trabalhos Futuros 92

Bibliografia 93

Apêndice A – Analise de Incerteza 96

Apêndice B – Dados dos Testes de Consumo 06

Apêndice C – Dados dos Testes de Emissões 133

Apêndice – Dados de Viscosidade e Densidade 142

Anexo I – Resultados das Análises dos Combustíveis LEC-UFMG 143

Anexo II - Resultados das Análises dos Combustíveis COOP-UFRJ 151

ix

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 – Capacidade Autorizada de Plantas de Produção de Biodiesel 8

Tabela 1.2 – Capacidade de produção de biodiesel na Europa 11

Tabela 3.1 – Principais componentes do ar seco 26

Tabela 3.2 – Características do biodiesel de canola e do óleo diesel mineral 36

Tabela 4.1 – Dados do motor de combustão interna 43

Tabela 4.2: Dados do gerador 43

Tabela 4.3: Nomenclatura das amostras empregadas nos testes 57

Tabela 4.4: Duração dos testes de consumo de combustível 58

Tabela A.1 – Valores Máximos de Potências e Incertezas 97

Tabela A.2 – Vazão mássica e incertezas associadas para os combustíveis testados 98

Tabela A.2 – Vazão mássica e incertezas associadas para os combustíveis testados 98

Tabela A.3 – Consumo especifico de combustível para os combustíveis testados 99

Tabela A.4: Incerteza da medição de CO2 para os combustíveis testados 101

Tabela A.5: Incerteza da medição de CO para os combustíveis testados 102

Tabela A.6: Incerteza da medição de O2 para os combustíveis testados 105

Tabela A.7: Incerteza da medição de HC para os combustíveis testados 105

Tabela B.1: Consumo B0 – Teste1 108

x



Tabela B.4: Consumo B5S – Teste1 111






Tabela B.10 Consumo B35S – Teste1 117



Tabela B.13 Consumo B50S – Teste1 120








xi


Tabela B.22: Consumo B5M – Teste1 129



Tabela B.22: Consumo B35M – Teste 1 132



Tabela C.1: Análise dos Gases da Exaustão B0 – Teste 1 135

Tabela C.2: Análise dos Gases da Exaustão B0 – Teste 2 135

Tabela C.3: Análise dos Gases da Exaustão B0– Teste 3 135

Tabela C.4: Análise dos Gases da Exaustão B5M – Teste 1 136









xii

Tabela C.13: Análise dos Gases da Exaustão B5S – Teste 139

Tabela C14: Análise dos Gases da Exaustão B5S – Teste 2 139

Tabela C.15: Análise dos Gases da Exaustão B5S – Teste 3 139

Tabela C.16 Análise dos Gases da Exaustão B20S – Teste 1 140












xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 – Processo de Transesterificaçã 3

Figura 1.2 – Disponibilidade de Biodiesel pela Petrobras no Brasil 7

Figura 1.3 – Capacidade de produção de biodiesel na Alemanha 10

Figura 1.4 – Postos de distribuição de biodiesel nos Estados Unidos 13

Figura 3.1 – Reação De Transesterificação Para Produção De Biodiesel 35

Figura 4.1 – Esquema Geração de energia elétrica com grupo motor gerador 42

Figura 4.2 – Detalhes do motor de combustão interna 44

Figura 4.3 – Vista da sala de controle 45

Figura 4.4 – Vista do banco de resistências e eletro-ventilador 46

Figura 4.5 – Analisador de energia elétrica medidas de tensão, corrente e freqüência 47

Figura 4.6: Placa de orifício 48

Figura 4.7 – Termopar localizado na entrada da placa de orifício 49

Figura 4.8 – Termopar localizado na entrada do filtro de ar 50

Figura 4.9 – Termopar localizado na exaustão e filtro aquecido do gás de amostra 50

Figura 4.10 – Oscilógrafo digital utilizado para aquisição de dados 51

Figura 4.11 – Barômetro de Torricelli 51

Figura 4.12 – Balança digital 52

Figura 4.13 – Opacímetro 52

Figura 4.14 – Analisador de hidrocarbonetos totais e metano 55

Figura 4.15 – Analisador de monóxido de carbono, dióxido de carbono e oxigênio 55

xiv

Figura 4.16 – Analisador óxido nítrico e dióxido de nitrogênio 55

Figura 5.1 – Variação da Massa Específica Com a Concentração de Biodiesel 63

Figura 5.2 – Variação viscosidade com a Concentração de Biodiesel 65

Figura 5.3 – Variação do Índice de Cetano com percentual de Biodiesel 67

Figura 5.4 – Curva de Destilação: Óleo Diesel Mineral e Biodiesel de Mamona 68

Figura 5.5 – Curva de Destilação: Óleo Diesel Mineral e Biodiesel de Fritura 69

Figura 5.6 – Variação da temperatura de 10% de volume evaporado (T10) 70

Figura 5.7 – Variação da temperatura de50% de volume evaporado (T50) 70



Figura 5.10 – Variação do teor de enxofre com a concentração de biodiesel 73

Figura 5.11 – Variação da massa de combustível consumida com a carga aplicada ao

motor operando com biodiesel de mamona 76

Figura 5.12 – Variação da massa de combustível consumida com a carga aplicada ao

motor operando com biodiesel de soja 76

Figura 5.13 – Razão Ar/Combustível – motor operando com biodiesel de mamona 77

Figura 5.14 – Razão Ar/Combustível –motor operando com biodiesel de soja 78

Figura 5.15 – Consumo Específico de Combustível – motor operando com Biodiesel

de mamona 79

Figura 5.16 – Consumo Específico de Combustível – motor operando com Biodiesel

de soja 79

Figura 5.17 – Concentração de dióxido de carbono na exaustão com o motor

operando com biodiesel de mamona 81

Figura 5.18 – Concentração de dióxido de carbono na exaustão com o motor

xv

operando com biodiesel de soja 81

Figura 5.19 – Variação da concentração de monóxido de carbono na exaustão com

a carga aplicada ao motor operando com biodiesel de mamona 82


o motor operando com biodiesel de soja 83


o motor operando com biodiesel de mamona 84

Figura 5.22 – Variação da concentração de oxigênio na exaustão com o motor

operando com biodiesel de soja 84

Figura 5.23 – Variação da concentração de hidrocarbonetos totais na exaustão com

o motor operando com biodiesel de mamona 85

Figura 5.24 – Variação da concentração de hidrocarbonetos totais na exaustão com

o motor operando com biodiesel de soja 86

Figura 5.25 – Variação da concentração de óxidos de nitrogênio na exaustão com o

motor operando com biodiesel de óleo de fritura 87

Figura 5.26 – Variação da opacidade do gás de exaustão com o motor operando

com biodiesel de óleo de fritura 88

xvi

NOMENCLATURA

CN Número de cetano (adimensional)

CO Monóxido de carbono (ppm)

CO2 Dióxido de carbono (%)

CH4 Metano (%)

f Freqüência (Hz)

HC Hidrocarbonetos (ppm)

IC Índice de cetano (adimensional)

IfA Corrente de fase (A)

N2 Nitrogênio (%)

n número de resoluções do campo de excitação (adimensional)

np número de pólos (adimensional)

nc número átomos de carbono por mol de combustível (adimensional)

nh número átomos de hidrogênio por mol de combustível (adimensional)

nc... nh número de moles da espécie do produto correspondente (mol)

NO Óxido nítrico (ppm)

NO2 Dióxido de nitrogênio (ppm)

NOx Óxidos de nitrogênio (ppm)

O2 Oxigênio (ppm)

OH Hidroxila (ppm)

P3ϕ Potência trifásica (kW)

SFC Consumo específico de combustível (kg/kW.h)

SO2 Dióxido de enxofre (ppm)

t Tempo (s)

T10 Temperatura da curva de destilação correspondente à evaporação de 10%

do volume de combustível (°C)

xvii







THC Hidrocarbonetos totais (%)

VfA Tensão de fase (V)

Vmax Tensão de pico (V)

V(t) Tensão função do tempo (V)

Símbolos Gregos

α Coeficiente de descarga (adimensional)

ε Fator de expansão do escoamento (adimensional)

η Rendimento (adimensional)

ρ Massa específica (kg/m3)

w Velocidade angular (rev/min)

Abreviaturas

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

FID Flame ionization detector – detector por ionização de chama

A/F Ar/combustível ANP Agência Nacional do Petróleo Gás Natural e Biocombustíveis

AP Ponto de anilina do combustível

ASTM ASTM International

atm Unidade de medida de pressão – Atmosfera

B0 Óleo combustível de origem mineral – Diesel

B100 Biodiesel

xviii

BF Biodiesel de fritura

BM Biodiesel de mamona

BS Biodiesel de soja

BxxF Óleo combustível composto de óleo diesel mineral xx% de biodiesel de

óleo de fritura

BxxM Óleo combustível composto de óleo diesel mineral xx% de biodiesel de

mamona

BxxS Óleo combustível composto de óleo diesel mineral xx% de biodiesel de

soja

CENPES Centro de Pesquisas da Petrobrás

CETEC-MG Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais

COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pos-Graduacao e Pesquisa de

Engenharia

DQ/FIASA Divisão de Química da Fiat Automóveis S/A

GAPI Grau API (American Petroleum Institute) de classificação do petróleo

H2O Água

ISO International Organization for Standardization

LEC-UFMG Laboratório de Ensaios de Combustíveis da UFMG

LMT Labatório de Materiais da Escola de Química da UFRJ

PNPB Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel

PROÓLEO Programa Nacional de Produção de Óleos Vegetais para Fins Energéticos

RME Rapeseed Methyl Ester

SAE Brasil Sociedade de Engenharia e Tecnologia da Mobilidade

SOF Soluble Organic Fractions – frações orgânicas solúveis

STI/MIC Secretaria de Tecnologia Industrial do Ministério da Indústria e Comércio

UFC Universidade Federal do Ceará

UFMG Universidade Federal de Minas Gerais

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

1

1 INTRODUÇÃO

1.1 PRÓLOGO

Em 1893, Rudolf Christian Karl Diesel publica um estudo em que descreve um

motor com maior rendimento térmico, comparado com as máquinas a vapor e os

motores do ciclo Otto. Este motor, patenteado na Alemanha sob o n. 67207, é um

motor de ignição por compressão, comumente chamado de motor diesel. Rudolf

Diesel considerava que o motor poderia usar uma grande variedade de combustível,

incluindo a poeira de carvão. Em 1900, na Exposição Mundial de Paris, demonstrou

aquela possibilidade operando um motor diesel com óleo de amendoim. As

imposições aos combustíveis usados nos motores diesel são a capacidade de fluir

nos condutos de alimentação de combustível e de lubrificar adequadamente a

bomba injetora e os injetores.

1.2 BIODIESEL

Óleos, em um sentido geral, são compostos químicos não miscíveis com água

em estado líquido na temperatura ambiente de 23° C. Podem ser de origem mineral

– petróleo – vegetal ou animal. Os óleos e as gorduras vegetais são substâncias

compostas de triglicerídeos, derivado das plantas. São ésteres de glicerina e uma

mistura de ácidos graxos solúveis em solventes orgânicos. Um éster é o produto da

2

reação de um ácido, geralmente orgânico, com um álcool. Os ésteres mais comuns

que se encontram na natureza são as gorduras e os óleos vegetais, que são ésteres

de glicerol e de ácidos graxos. O uso de óleos vegetais como combustível de

motores diesel remonta ao primeiro experimento realizado por Rudolph Diesel que,

em 1895, fez girar pela primeira vez um motor de combustão por compressão

usando óleo de amendoim.

O biodiesel é definido como um combustível composto de mono-alquilésteres

de ácidos graxos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou de gorduras

animais. A Lei n. 11.097, de 13 de janeiro de 2005, que dispõe sobre a introdução do

biodiesel na matriz energética brasileira, o define como “biocombustível derivado de

biomassa renovável para uso em motores de combustão interna com ignição por

compressão ou, conforme o regulamento, para geração de outro tipo de energia, que

possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil”.

O biodiesel pode ser obtido por diferentes processos, dentre os quais se pode

citar o craqueamento e a transesterificação. O craqueamento ou pirólise é um

processo térmico através do qual uma molécula orgânica complexa (hidrocarbonetos

pesados) modifica-se em moléculas mais simples (hidrocarbonetos leves). A

transesterificação é o processo de trocar no grupo alcoíla oxigenada, ou alquila

(CnH2n+1), um composto éster por um álcool, como mostra o esquema da Fig. 1.1.

Estas reações são normalmente catalisadas pela adição de um ácido ou de uma

base.

Figura 1.1: Processo de transesterificação

3

O processo de transesterificação baseia-se na reação química decorrente da

mistura de um triglicerídeo com um álcool na presença de um catalisador que pode

ser alcalino ou ácido. Estes álcoois são, preferivelmente, da cadeia de C1 a C6,

podendo ser metanol, etanol, isopropanol ou butanol, dentre outros. No processo de

transesterificação para a obtenção do biodiesel, os triglicerídeos dos óleos vegetais

são convertidos em mono-alquilésteres. Nos Estados Unidos e Canadá e na Europa

utiliza-se álcool metílico (metanol) na transesterificação; no Brasil utiliza-se o

metanol e também o álcool etílico (etanol).

O biodiesel pode ser produzido a partir de gorduras animais ou de óleos

vegetais. Várias são as espécies vegetais oleaginosas que podem ser utilizadas. No

Brasil tem sido produzido biodiesel de mamona, dendê, girassol, babaçu, amendoim,

pinhão manso, nabo forrageiro e soja, dentre outras fontes.

1.3 OBJETIVOS E METAS

A presente dissertação tem por objetivo geral comparar, através de testes em

laboratório, o consumo de combustível e a emissão de poluentes de um grupo

motor-gerador utilizando combustível diesel convencional e biodiesel para geração

de energia elétrica. A dissertação tem como objetivos específicos:

• caracterizar as emissões de poluentes de um motor diesel operando com

combustíveis constituídos de diferentes concentrações de biodiesel em óleo

diesel mineral;

4

• comparar o consumo de combustível de motores diesel operando com

combustíveis compostos de misturas de biodiesel em óleo diesel mineral em

diferentes concentrações;

• determinar as características físico-químicas das misturas de biodiesel

utilizadas.

Os objetivos desta dissertação visam atingir as seguintes metas:

• verificar o atendimento às legislações ambientais vigentes e futuras para

emissões de poluentes de motores diesel usados para geração de energia

elétrica;

• gerar informações que contribuam para especificações de biodiesel

condizentes com a realidade econômica e o potencial de produção no Brasil.

1.4 VISÃO GERAL DO BIODIESEL NO BRASIL E NO MUNDO

1.4.1 O Biodiesel no Brasil

As primeiras referências sobre o uso de óleos vegetais no Brasil datam da

década de 20, do século XX. Posteriormente algumas pesquisas foram

desenvolvidas no Instituto Nacional de Tecnologia, no Instituto de Óleos do

Ministério da Agricultura e no Instituto de Tecnologia Industrial de Minas Gerais.

Neste último, em 1950, registraram-se estudos sobre o uso dos óleos de ouricuri –

Syagrus coronata – palmeira de até 10m, nativa do Brasil (PI, PE a MG) e de

mamona e algodão, em motor diesel de seis cilindros. Em 1978, Expedito José de

Sá Parente, então professor da Universidade Federal do Ceará (UFC), desenvolveu

5

uma técnica de produção de biodiesel a partir do óleo de algodão. Em 1980 o

professor Expedito Parente requereu patente para o processo desenvolvido, que foi

homologada no Brasil em 1983. Em Minas Gerais, a Fundação Centro Tecnológico

de Minas Gerais – CETEC MG – desde o início dos anos 80 desenvolve estudos

com oleaginosas para produção de biocombustível.

Em 1980 a Resolução n. 7 do Conselho Nacional de Energia instituiu o

Programa Nacional de Produção de Óleos Vegetais para Fins Energéticos –

PROÓLEO. Entre outros objetivos, pretendia-se substituir óleo diesel por óleos

vegetais em mistura de até 30% em volume, incentivar a pesquisa tecnológica para

promover a produção de óleos vegetais nas diferentes regiões do país e buscar a

total substituição do óleo diesel mineral por óleos vegetais. Inicialmente deu-se

maior atenção à soja; a partir de 1981, ao amendoim e, em 1982, a colza e girassol.

Em 1986, passou-se para o dendê.

Também no início da década de 80 do século XX, a Secretaria de Tecnologia

Industrial do Ministério da Indústria e Comércio (STI/MIC) desenvolveu e lançou o

Programa Nacional de Alternativas Energéticas Renováveis de Origem Vegetal. Do

Programa constavam linhas de ação relacionadas aos óleos vegetais combustíveis,

que levaram ao Programa Nacional de Óleos Vegetais – Programa OVEG – voltado

especificamente para a comprovação da viabilidade técnica do uso dos óleos

vegetais em motores do ciclo Diesel.

A Agência Nacional do Petróleo Gás Natural e Biocombustíveis – ANP –,

através do Regulamento Técnico ANP Nº 2/2003, anexo da Portaria ANP Nº 255, de

15/9/2003, estabeleceu as características do biodiesel – B100 – comercializado no

Brasil para ser adicionado ao diesel mineral.

6

Em 6 de dezembro de 2004, o Governo Federal lançou o Programa Nacional

de Produção e Uso de Biodiesel – PNPB. É um programa interministerial com o

objetivo de implementar de forma sustentável, tanto técnica como econômica, a

produção e uso do biodiesel no Brasil. No tópico “Desenvolvimento Tecnológico do

PNPB” está previsto o Programa de Testes e Ensaios com Motores, no sentido de

avaliar a viabilidade do aumento gradativo do biodiesel na mistura com o diesel.

Outro programa previsto é “Caracterização e Controle de Qualidade do

Combustível”, visando a praticidade e economicidade do óleo in natura, dos

combustíveis oriundos de diversas matérias-primas e suas misturas, com análise da

qualidade segundo critérios e normas estabelecidos e o desenvolvimento de

metodologias para análise e controle de qualidade. O biodiesel foi introduzido na

matriz energética brasileira pela Lei nº 11.097, de 13/1/2005, que fixa em 5% o

volume de biodiesel a ser adicionado ao diesel mineral em um prazo de 8 (oito)

anos, ou seja, 2013, e 3 (três) anos para adição de 2%, isto é, a partir de 2008.

O Centro de Pesquisas da Petrobras – CENPES – desenvolve duas linhas de

pesquisa inéditas referentes à produção de biodiesel, empregando o etanol como

reagente. A primeira delas visa simplificar o processo utilizado atualmente na

indústria, para produção do biodiesel a partir dos óleos vegetais. A segunda tem

como objetivo produzir o biodiesel diretamente da semente da mamona, buscando

aumentar o rendimento do processo e reduzir ainda mais os custos.

Com duas unidades semi-industriais de produção, a Planta Experimental de

Biodiesel da Petrobras opera, desde maio de 2006, no Pólo Industrial de Guamaré,

Rio Grande do Norte. Sua capacidade é de até 15 milhões de litros de biodiesel por

ano. Suas unidades industriais de produção de biodiesel estão sendo implantadas

em Candeias (BA), Montes Claros (MG) e Quixadá (CE) e, juntas, produzirão 171

7

milhões de litros de biodiesel por ano e deverão ser inauguradas até o fim de 2007.

A Fig. 1.2 apresenta a presença regional da Petrobras para produção e distribuição

de biodiesel no País, até 2005. A Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e

Biocombustíveis – ANP – registrava, em janeiro de 2007, uma capacidade instalada

de produção de biodiesel no Brasil de 638.820 m3/ano e uma produção média de

2.129,4 m3/dia em plantas localizadas em vários estados do País (Tabela 1.1).

Figura 1.2 – Disponibilidade de Biodiesel pela Petrobras no Brasil Fonte- janeiro

2007:

http://www2.petrobras.com.br/petrobras/portugues/perfil/perfil_biodisel.htm

8

Tabela 1.1: Capacidade Autorizada de Plantas de Produção de Biodiesel

Empresa Local Capacidade Autorizada

(m³/dia)

Capacidade Estimada(10³ m³/ano)*

Soyminas Cássia/MG 40 12

Agropalma Bélem/PA 80 24

Brasil Biodiesel Teresina/PI 2 0,6

Biolix Rolândia/PR 30 9

Brasil Ecodiesel Floriano/PI 135 40,5

NUTEC Fortaleza/CE 2,4 0,72

Fertibom Catanduva/SP 40 12

Renobras Dom Aquino/MT 20 6

Granol Campinas/SP 133 39,9

Granol Anápolis/GO 333,3 100

Biocapital Charqueada/SP 186 55,8

IBR Simões Filho/BA 65 19,5

Brasil Ecodiesel Crateús/CE 360 108

Dhaymers Taboão da Serra/SP 26 7,8

Brasil Ecodiesel Iraquara/BA 360 108

PonTe di Ferro Taubaté/SP 90 27

Barralcóol Barra do Bugres/MT 166,7 50

Binatural Formosa/GO 30 9

Fusermann Barbacena/MG 30 9

*300 dias de operação

Fonte, janeiro 2007:

http://www.anp.gov.br/petro/capacidade_plantas.asp

9

Vários setores da sociedade brasileira, notadamente as entidades ligadas ao

tema da tecnologia, estão envolvidos na discussão, estudo, formulação e divulgação

de conhecimentos ligados à produção e utilização de biodiesel. A Universidade

Federal de Lavras e a Prefeitura de Varginha promoveram, em julho de 2007, o 4º

Congresso Brasileiro de Plantas Oleaginosas, Óleos, Gorduras e Biodiesel. A SAE

Brasil – Sociedade de Engenharia e Tecnologia da Mobilidade – apresenta, através

da revista Engenharia Automotiva e Aeroespacial (SAE, 2006), uma avaliação do

biodiesel com a participação de especialistas, onde se pode notar a preocupação

com o uso de óleos de biomassas como combustíveis.

Quantificar e correlacionar os gases emitidos por motores de combustão por

compressão com os elementos que constituem o combustível de alimentação destes

motores é um meio indireto de definir a qualidade, a economicidade, a emissão de

gases poluentes e o nível de fumaça emitido na exaustão. Conhecer o desempenho

de motores usando biodiesel e compará-la com o desempenho destes mesmos

motores usando diesel mineral é um estudo necessário para o desenvolvimento de

motores de combustão por compressão, alimentados com biodiesel.

1.4.2 O Biodiesel na Europa

O uso de óleo de biomassa como combustível é presente na Europa desde a

invenção do motor de ignição por compressão. Na década de 50 do século passado,

os combustíveis de origem vegetal representavam uma parte significativa do

consumo. Seu uso foi progressivamente abandonado devido à redução do preço dos

combustíveis fósseis. Nos últimos vinte anos há um renovado e decisivo interesse

sobre os biocombustíveis por uma razão de independência energética em relação ao

10

petróleo e, também, para minimizar a poluição urbana. Os biocombustíveis têm,

ainda, um custo de produção elevado, mas sua utilização parece inexorável devido à

necessidade de reduzir o efeito estufa e o consumo de petróleo, principalmente no

setor de transporte.

A Comunidade Européia propôs, em 2003, utilizar, no transporte terrestre, 2%

de biocombustível a partir de 2005, chegando a 5,75% no ano 2010. A França

adotou um calendário de utilização mais intenso, prevendo 2% para 2007, 5,45%

em 2008, 7% em 2010 e 10% em 2015. A Alemanha, com investimento próprio de

6,5 milhões de Euros em 2005, é líder mundial na tecnologia de produção de

biodiesel. A capacidade de produção de biodiesel, na Alemanha, é mostrada na Fig.

1.3. A produção de biodiesel na Europa é mostrada na Tabela 1.2.

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006ANO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

CA

PA

CID

AD

E D

E P

RO

DU

ÇÃO

(to

n×10

3 )

Figura 1.3: Capacidade de produção de biodiesel na Alemanha

(Fonte: UNION ZUR FÖRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E. V. –

UFOP – 2006). http://www.ufop.de/

11

Tabela 1.2: Capacidade de produção de biodiesel na Europa

CAPACIDADE DE PRODUÇÃO

(ton) PAÍS

2003 2004 2005 2006 2007

Alemanha 1035 1205 2016 3603 4033

Itália 320 914 1038 1038 1038

Grã-Bretanha 9 31 517 660 910

França 348 434 434 594 894

Espanha 13 91 151 322 422

Áustria 57 122 127 127 127

República Tcheca 60 112 112 112 112

Letônia N/D 3 106 106 286

Dinamarca 70 70 100 100 100

Portugal N/D 100 100 100 100

Grécia N/D N/D 80 80 80

Eslováquia 15 35 57 57 57

Lituânia 5 N/D 10 10 10

Suécia 1 5 5 81 81

Bélgica, Holanda, Luxemburgo N/D N/D 3 288 388

Estônia N/D N/D N/D N/D 110

Finlândia N/D N/D N/D N/D 170

Irlanda, Malta, Chipre, Eslovênia, Hungria N/D N/D N/D N/D N/D

TOTAL 1933 3122 4856 7278 8918

% Alemanha 54% 39% 42% 50% 45%

(Fonte: UNION ZUR FÖRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E. V. –

UFOP – 2006). http://www.ufop.de/

12

1.4.3 O Biodiesel nos Estados Unidos

O Congresso dos Estados Unidos aprovou, em 8 de agosto de 2005, a Lei

Pública n. 109-58, descrita pelos proponentes como tentativa de combater os

problemas crescentes de energia, dentre eles a dependência do petróleo do oriente

médio. A Lei prevê incentivos fiscais e garantias de empréstimo para a produção de

energia de vários tipos. Dentre as várias ações a serem tomadas pelas Secretarias

de Estado se evidencia para a Secretaria de Energia:

– estabelecer parceira entre fabricantes de veículos diesel, de sistemas de

injeção diesel e de motores diesel com fornecedores de biodiesel para incluir no

seus desenvolvimentos testes com biodiesel;

– conduzir um programa de pesquisa, desenvolvimento, demonstração e

aplicação comercial de bioenergia, incluindo sistemas de bioenergia,

biocombustíveis, bioprodutos e biorefinarias integradas capazes de produzir

bioenergia, biocombustíveis e bioprodutos;

– estabelecer programa de demonstração da viabilidade de geração de energia

elétrica com biodiesel em instituições de ensino.

Para a Secretaria de Agricultura as seguintes ações foram traçadas:

– estabelecer programas de desenvolvimento e pesquisas em biomassa;

– implantar programa de educação e divulgação de biocombustíveis.

A Lei estabelece, ainda, incentivos fiscais para produção de energias de

biomassa e para o uso de biodiesel em veículos automotores. A produção de

biodiesel nos Estados Unidos passou de 25 milhões, em 2004, para 75 milhões de

toneladas, em 2005. Isto ocorreu, principalmente, devido aos incentivos fiscais para

13

energia alternativa – “The Blenders Credit”. A Fig. 1.4 mostra a localização dos

postos de distribuição de biodiesel nos Estados Unidos.

Figura 1.4: Postos de distribuição de biodiesel nos Estados Unidos

Fonte, maio 2007: http://www.biodiesel.org/buyingbiodiesel/retailfuelingsites/

1.5 ESCOPO DA DISSERTAÇÃO

O Capítulo 2 deste trabalho apresenta a revisão bibliográfica de outras

pesquisas realizadas sobre o desempenho no que tange o consumo, a potência, o

torque e as emissões de motores de combustão por compressão alimentados com

óleos de origem mineral e biodiesel.

O Capítulo 3 apresenta a análise teórica sobre o assunto, onde são

abordados alguns métodos de modelagem dos motores do Ciclo Diesel e de

determinação das propriedades do combustível.

14

O Capítulo 4 descreve a metodologia experimental, o aparato utilizado e os

procedimentos adotados nos testes realizados.

O Capítulo 5 mostra os resultados dos experimentos e compara com

trabalhos de outros autores, acompanhado das discussões pertinentes.

O Capítulo 6 traz as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.

O Apêndice A apresenta a análise de incertezas relevantes para a conclusão

desta dissertação.

Os Apêndices B e C trazem os resultados dos testes de consumo de

combustível e emissões, respectivamente, realizados nos laboratórios da PUC-

MINAS.

O Apêndice D apresenta os resultados dos testes de viscosidade e massa

específica realizados no Laboratório Químico da Fiat Automóveis S/A.

Os Anexos I e II trazem os resultados das análises físico-químicas das

misturas, realizadas pelos laboratórios da UFMG e da UFRJ.

15

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 PRÓLOGO

Vários autores estudaram a relação entre o desempenho e emissões de

motores diesel e as características dos óleos combustíveis. Óleos vegetais ou

animais de diferentes origens apresentam características distintas e, quando

utilizados nos motores com ignição por compressão, produziram resultados variados.

Os resultados correlacionados com os objetivos desta pesquisa e, mais

significativos, são mencionados a seguir.

2.2 PROPRIEDADES DO BIODIESEL

O combustível ideal dos motores diesel deve ter boa fluidez na faixa de

temperatura de operação do motor, ser livre de qualquer contaminante e cera,

proporcionar fácil ignição e queima limpa e econômica. O combustível diesel

destilado de petróleo tem viscosidade entre 3 e 10 kg/m.s, tensão superficial em

torno de 3×10-2 N/m2 e massa específica 800 kg/m3 como valores típicos (Owen e

Coley, 1995). Características como massa específica, viscosidade e presença de

metais não foram, ainda, definidas para o biodiesel no Brasil (ANP, 2003). A

viscosidade é uma característica importante dos combustíveis, uma vez que

influencia na pulverização e formação das gotas na câmara de combustão.

Conceição at al (2005), em estudo reológico do biodiesel de mamona, mediram

viscosidade maior para este biodiesel comparado-o com o óleo diesel mineral.

16

2.3 DESEMPENHO E EMISSÕES DE MOTORES UTILIZANDO BIODIESEL

Ziejeweski e Kaufman (1983) realizaram testes com motores de combustão

interna com injeção direta – DI – alimentado com uma mistura de 25% óleo vegetal

de girassol em óleo diesel mineral. Observou-se, em relação à operação com óleo

diesel mineral, uma redução prematura do desempenho do jato de injeção, acúmulo

de carvão no sulco dos anéis de compressão e sobre a cabeça dos pistões e queda

da pressão do jato de injeção.

Vários autores, dentre os quais Haas at al (2001), publicaram trabalhos

demonstrando que o uso de óleos de origem vegetal ou animal, modificados pelo

processo de transesterificação – biodiesel – reduzem as emissões de compostos de

carbono e material particulado (PM) e aumentam as emissões de óxidos de

nitrogênio (NOX).

McCormic at al (2001) realizaram um estudo sobre os efeitos nas emissões

de veículos pesados utilizando quatorze óleos de diferentes origens. Os autores

afirmam que a estrutura molecular do biodiesel tem impacto substancial sobre as

emissões. As emissões de PM e NOX aumentaram com o aumento da massa

específica do biodiesel. O número de cetano – CN – não tem influência sobre a

emissão de PM, entretanto, o aumento no seu valor faz diminuir as emissões de

NOX.

Babu e Devaradjane (2003) demonstraram que a utilização de óleos vegetais

em motores de combustão por compressão promove a formação de depósitos de

carbono, comprometendo a durabilidade e reduzindo a eficiência térmica dos

motores. A redução da eficiência térmica é prevalecente nos motores com injeção

direta. Nestes motores a razão da mistura ar-combustível – A/F – depende, em sua

17

maior parte, dos pequenos furos calibrados dos bicos injetores. Entretanto, devido à

sua longa estrutura da cadeia de carbono, os óleos vegetais apresentam boas

características de ignição.

Song at al (2004) observaram que o enriquecimento do ar de admissão com

oxigênio e a oxigenação do combustível através da estrutura linear são eficazes

para a redução da emissão de fuligem e material particulado de motores diesel. Com

sua estrutura linear, os ésteres de glicol – biodiesel – podem ser mais eficazes para

a redução da fuligem do que uma adição equivalente de oxigênio no combustível.

Através de experimentos em um grupo gerador de energia elétrica com motor

diesel, Çetinkaya e Karaosmanoğlu (2005) obtiveram resultados que mostram a

redução de fuligem produzida pelo motor com o uso de biodiesel de óleo de fritura

puro – B100 – na proporção de 20% em óleo diesel mineral. O consumo específico

de combustível foi maior para B100 e B20 quando comparado com o óleo diesel

mineral – B0.

Szybista at al (2005) concluíram que um retardo no sincronismo da injeção

produz resultados benéficos quando se usa biodiesel como combustível nos motores

de ignição por compressão.

Tsolakis (2006) realizou experimentos com óleo diesel e biodiesel de colza

em um motor com recirculação dos gases de descarga (EGR). Demonstrou que o

EGR propicia uma redução nas emissões de material particulado e NOX.

O ajuste de múltiplos parâmetros é uma estratégia para melhorar as emissões

e a eficiência da combustão do biodiesel. Leung at al (2006) realizaram

experimentos em um motor de um cilindro alterando o sincronismo da injeção, o

diâmetro do atuador e a pressão da injeção, para verificar a influência destes

parâmetros nas emissões de NOX, PM e hidrocarbonetos (HC). Constataram que,

18

aumentando o diâmetro do atuador da bomba de injeção, tendo por conseqüência a

variação de quatro graus do eixo de manivelas no sincronismo da injeção, e

elevando a pressão de injeção, produzindo uma queima próxima do ponto morto

superior (PMS), aumenta a eficiência da queima do combustível. Com ajustes

adequados, o motor diesel abastecido puramente com biodiesel pode produzir

emissões de HC, NOX, e PM mais baixas em relação ao óleo diesel mineral.

Visando a adequação do motor ao biodiesel, Kegl (2006) realizou

experimentos em um motor diesel originalmente utilizado como propulsor de ônibus.

Utilizou biodiesel produzido de canola. O foco foi direcionado para a determinação

do sincronismo ótimo da bomba de injeção, tendo como parâmetros principais as

emissões de poluentes e o consumo de combustível do motor. As características

obtidas com o biodiesel foram comparadas com aquelas do óleo diesel mineral com

2% de biodiesel (B2). Os resultados mostraram que o motor, mantido seus

parâmetros originais, teve suas características alteradas negativamente quando o

combustível B2 foi substituído por 100% biodiesel (B100). Foi possível obter um

ajuste do sincronismo da injeção para o B100 que reduziu significativamente as

emissões de HC, NOX e fuligem. Uma discreta redução da emissão de monóxido de

carbono (CO) foi observada com o uso do B100, enquanto foram mantidas

inalteradas a potência e a temperatura dos gases de exaustão. A eficiência térmica

do motor foi ligeiramente aumentada pela utilização do B100 e, um aumento da

ordem de 10% no consumo específico de combustível, foi verificado.

Uma análise numérica, empregando um modelo matemático unidimensional

para modelar misturas de biodiesel e óleo diesel mineral, foi também realizada por

Kegl (2006). As expressões empregadas no modelo para determinar as

propriedades dos combustíveis foram confirmadas por experimentos. A análise dos

19

resultados demonstra que, ao manter o desempenho de motor dentro de limites

aceitáveis, as emissões prejudiciais podem ser reduzidas ajustando-se,

apropriadamente, o sincronismo da injeção da bomba, considerando a concentração

de biodiesel utilizada.

A redução da fuligem em motores diesel usando misturas de 30% e 70% de

biodiesel em óleo diesel mineral foi constatada por Armas at al (2006).

2.4 ESTADO DA ARTE

O biodiesel é uma alternativa importante para a redução das emissões dos

motores com ignição por compressão. A ausência de enxofre na sua formulação é,

já, um ganho significativo para a redução de compostos sulfurados. As

características de um motor diesel, em todos os regimes de funcionamento, variam

significativamente quando alimentado com puro biodiesel – B100 – no lugar de óleo

diesel mineral. Estas variações dependem da sincronização da bomba de injeção de

combustível. Devido ao baixo poder calorífico do biodiesel, a potência efetiva do

motor se reduz e seu consumo específico aumenta com o uso de B100 (Cardone at

al, 2002), enquanto sua eficiência térmica permanece constante. A temperatura dos

gases de exaustão permanece inalterada e a pressão nos cilindros é menor com

B100 (Kegl, 2006).

20

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 PRÓLOGO

Neste capítulo são correlacionadas as características do óleo diesel mineral e

do biodiesel com o consumo de combustível e a emissão de poluentes na exaustão

do motor. Preliminarmente são apresentados os fundamentos teóricos da geração

de energia elétrica, incluindo considerações sobre a conversão eletromecânica de

energia e a mensuração de potência elétrica. Tais considerações, embora

elementares, visam facilitar a compreensão da operação do motor de combustão

interna com ignição por compressão acionando um gerador de energia elétrica.

3.2.1 PRINCÍPIOS DE OPERAÇÃO DE GRUPO GERADOR

Grupo motor-gerador é a denominação genérica que se dá a um conjunto

formado por um motor de combustão interna e um gerador de energia elétrica. O

motor de combustão interna converte a energia química do combustível em energia

mecânica. O gerador, acoplado mecanicamente ao motor, transforma a energia

mecânica em energia elétrica.

3.2.1 Conversão Eletromecânica de Energia

O princípio da conservação de energia, juntamente com as leis de campos

elétricos e magnéticos, de circuitos elétricos e a segunda lei de Newton, é um meio

21

adequado para determinar as relações que caracterizam a conversão

eletromecânica de energia (Fitzgerald, 1975). A conversão eletromecânica de

energia envolve quatro formas de energia, relacionadas a seguir considerando a

conservação de energia:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

CalorConvertidaEnergia

MagnéticoCampoArmazenadaEnergia

ElétricaEnergiadeSaída

MecânicaEnergiadeEntrada

O primeiro membro desta equação representa a energia no eixo do motor de

combustão interna. O segundo membro tem na primeira parcela a quantidade de

energia efetivamente entregue à carga elétrica ligada ao gerador. A segunda parcela

representa a energia armazenada no gerador, convertida em campo magnético. A

terceira parcela reúne a energia transformada em calor. Parte da energia absorvida

pelo campo de acoplamento é convertida em calor pelas correntes induzidas nas

armaduras – estruturas móvel e fixa – do gerador. A ventilação forçada, necessária

para estabilizar a temperatura do gerador, e o atrito entre o eixo e os mancais

também produzem calor.

3.2.2 Máquinas Elétricas Rotativas – Geradores Elétricos

Os geradores elétricos são máquinas rotativas constituídas de uma parte fixa

denominada estator e uma parte móvel o rotor. Um grupo de bobinas, a armadura,

interligado de modo que as tensões nelas induzidas contribuam positivamente para

o resultado final, são enroladas em um núcleo de ferro visando minimizar as perdas

de energia devido ao fluxo magnético. O circuito magnético é completado pelo ferro

22

de outra parte da máquina onde se localizam as bobinas de excitação, também

chamadas bobinas de campo. A tensão gerada na armadura é expressa por:

tSenVVt ωmax= (3.1)

fπω 2= (3.2)

onde :

f freqüência de variação do campo de excitação (Hz)

maxV tensão máxima resultante do somatório das tensões induzidas em cada

bobina da armadura (V)

( )tV tensão instantânea (V)

ω velocidade angular da armadura (rad/s)

t tempo (s)

A freqüência f depende do número de bobinas de excitação, uma vez que

cada bobina de excitação define um par de pólos magnéticos. A equação da

freqüência é:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

602nn

f p (3.3)

onde:

n número de revoluções do campo de excitação (min-1).

pn número de pólos;

A potência elétrica que o gerador é capaz de fornecer é uma característica

própria e depende dos seus aspectos construtivos. Esta potência é expressa em

volt-ampère (VA) e coincide com a potência em Watt (W) quando o gerador alimenta

23

uma carga elétrica puramente resistiva. Neste caso, o ângulo de defasagem entre

tensão e corrente – ϕ – é zero e 1cos =ϕ .

O rendimento do gerador é dado por (Kostenco at al, 1973):

le

l

PPP∑+

∑−= 1η (3.4)

onde:

P potência útil entregue para a carga (W);

ΣPl soma de todas as perdas, incluídas as perdas elétricas, mecânicas e

magnéticas (W).

O termo ( le PP ∑+ ) equivale à potência mecânica disponibilizada no eixo do

motor necessária para produzir a potência eP no gerador.

A potência é expressa por: , onde V é a tensão gerada e I a corrente

absorvida pela carga.

3.2.3 Requisitos do Motor Térmico

Em um grupo motor-gerador de energia elétrica, o motor térmico tem a função

de prover a energia mecânica necessária para ser convertida em energia elétrica no

gerador. A energia elétrica se manifesta sob a forma de onda senoidal com

freqüência constante, devendo o motor térmico funcionar com rotação constante. Da

Eq. (3.8) se pode deduzir a velocidade de rotação do motor n , em (rev/min):

pnfn 120

= (3.5)

24

A potência elétrica máxima fornecida pelo gerador será aquela produzida pelo

motor nesta rotação, desconsideradas as perdas.

3.3 CONSUMO DE COMBUSTÍVEL

O consumo de combustível é medido a partir do fluxo de massa de

combustível introduzido nos cilindros do motor:

dt

ddt

dmm F

FF

F∀

== ρ& (3.6)

onde:

Fm& taxa de escoamento de massa de combustível para o motor (kg/s)

dtdmF taxa de variação de massa de combustível no tanque (kg/s)

dtd F∀ taxa de variação volumétrica de combustível no tanque (m3/s)

Fρ massa específica do combustível (kg/m3)

O consumo específico de combustível é uma medida mais representativa do

desempenho do motor, pois relaciona a quantidade de combustível consumido por

unidade de potência produzida pelo motor:

b

F

PmSFC&

= (3.7)

onde:

SFC consumo específico de combustível (kg/J).

25

3.4 COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEIS PARA MOTORES DIESEL

A combustão é uma seqüência complexa de reações químicas exotérmicas

entre um combustível e um oxidante. Em uma reação de combustão completa, um

composto reage com um elemento de oxidação, tal como o oxigênio ou a fluorita, e

os produtos são compostos de cada elemento do combustível com o elemento de

oxidação. Como exemplo, a reação de combustão do dodecano – C12H26 – é assim

estabelecida:

calorOHCOOHC ++→+ 2222612 131237 (3.8)

No caso dos motores de combustão interna, como na maioria das aplicações,

o oxidante é o oxigênio presente no ar ambiente cuja composição está distribuída

como segue:

Tabela 3.1 - Principais componentes do ar seco. Fonte: Heywood, 1988.

COMPONENTE CONCENTRAÇÃO

(ppm/Volume)

MASSA

MOLECULAR

(kg/kmol)

FRAÇÃO

MOLAR

RAZÃO

MOLAR

Nitrogênio 780.900 28,012 0,7905 1,000

Oxigênio 209.500 31,998 0,2095 3,773

Argônio 9.300 38,948 -

Dióxido de Carbono 300 40,009 -

AR 1.000.000 28,962 1,0000 4,377

26

Usualmente considera-se, numa aproximação suficientemente aceitável, o ar

atmosférico composto de 21% de oxigênio (O2) e 79% de nitrogênio (N2).

3.4.1 Razão de Equivalência da Mistura

O comburente utilizado nos motores de combustão interna é o oxigênio

presente no ar introduzido no motor pelo sistema de admissão. A razão

ar/combustível é a razão entre a massa de ar e a massa de combustível admitida

pelo motor por ciclo. O parâmetro inverso é a razão combustível/ar. É um dos

principais parâmetros de definição das condições de operação do motor:

F

a

F

a

mm

mm

AF

FA

&

&==⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

−1

(3.9)

Razão estequiométrica é a relação entre a massa de ar e massa de

combustível que proporciona uma reação de combustão completa, ou seja, resulta

unicamente dióxido de carbono (CO2), vapor d’água (H2O) e nitrogênio (N2) como

produtos da combustão. Como exemplo, a combustão estequiométrica do dodecano

em ar atmosférico é assim escrita:

( ) 222222612 80,691312773,35,18 NOHCONOHC ++→++ (3.10)

27

Define-se como razão de equivalência da mistura λ a relação entre a razão

ar/combustível admitida pelo motor e a razão ar/combustível estequiométrica para o

mesmo combustível. Assim,

( )( )sFA

FA=λ (3.11)

Similarmente, a razão de equivalência da mistura combustível/ar φ é assim

definida:

( )( )sAF

AF== −1λφ (3.12)

Desse modo, a reação de combustão incompleta do dodecano para mistura

rica (quantidade de combustível acima da razão estequiométrica) ou pobre

(quantidade de combustível abaixo da requerida para a razão estequiométrica) pode

ser expressa:

( ) 222222612 773,32 cNObHaCONOHC ++→++φ

(3.13)

onde a , b e c são as concentrações dos produtos da combustão rica ( 1>φ ) ou

pobre ( 1<φ ), que, neste caso, podem ser determinadas por um balanço atômico

entre produtos e reagentes.

3.4.2 Óleo Diesel

É assim chamado o óleo combustível de origem mineral utilizado nos motores

de combustão interna com ignição por compressão. É uma mistura de

28

hidrocarbonetos obtida através de vários processos. O craqueamento e a destilação

fracionada do óleo bruto são os mais comuns. Na destilação fracionada, o óleo

combustível é obtido em temperaturas entre de 180 e 380° C. O óleo diesel derivado

de petróleo é composto de, aproximadamente, 75% hidrocarbonetos saturados e

25% hidrocarbonetos aromáticos. A fórmula química média para o combustível

diesel comum é C12H26, variando de C10H22 até C15H32. A massa específica do óleo

diesel para consumo no Brasil é de 820 até 880 kg/m3 para uso no interior e de 820

a 865 kg/m3 para uso nas metrópoles.

3.4.3 Características e Propriedades do Combustível Diesel

3.4.3 .1 Massa Específica

É um parâmetro essencial no projeto do sistema de injeção de motores com

ignição por compressão. A quantidade de energia de combustível injetada no motor

é diretamente dependente da massa específica do combustível. Para um dado motor

o aumento da massa específica do combustível implica em aumento de energia, isto

é, aumento no seu desempenho. Entretanto implica em aumento das emissões nos

gases de exaustão, notadamente, das emissões de material particulado. Uma

redução na faixa de massa específica prevista em norma permitiria ganhos

significativos nas emissões e no desempenho dos motores. No entanto, isto limitaria

o uso de componentes do óleo diesel obtido por craqueamento que são basicamente

frações pesadas. Além disso, comprometeria a oferta de óleo diesel frente a uma

demanda crescente e aumentaria os custos de produção. A massa específica varia

com a temperatura.

29

3.4.3.2 Número de Cetano

A qualidade da ignição é medida pelo tempo necessário para iniciar a

combustão, depende do projeto do motor, das condições de operação e, sobretudo,

do número de cetano – CN. O número de cetano é influenciado diretamente pela

concentração volumétrica de cetano – C16H34, n-hexadecano – presente no

combustível. O número de cetano é uma escala definida por dois hidrocarbonetos

puros, em teste previsto na norma ASTM 613 (ASTM, 2005). O cetano tem a mais

alta qualidade de ignição, igual a 100, e o heptametilnonano – C17H22 – tem a mais

baixa qualidade de ignição, igual a zero. O número de cetano tem importante

influência no processo de combustão e, conseqüentemente, nas emissões de gases

poluentes e de ruído. O CN baixo pode ser corrigido pela adição de nitratos

orgânicos, tais como amil nitrato e etil-hexil nitrato – EHN.

3.4.3.3 Índice de Cetano

Devido ao tempo necessário para realização e o alto custo dos testes para

determinação do número de cetano, uma alternativa prevista nas normas ASTM D-

976 ou D-4737 (ASTM, 2004) é o índice de cetano, que é função da massa

específica e da faixa de temperatura de ebulição. O índice de cetano é dado por:

100APIGAPCI = (3.14)

Onde:

AP ponto de anilina do combustível

APIG grau API (American Petroleum Institute) de classificação de petróleo

30

O índice de cetano não pode ser usado para combustíveis que contenham

aditivos para corrigir o número de cetano, uma vez que estes aditivos não alteram o

perfil de destilação dos combustíveis e, portanto, não influenciam o índice de cetano,

3.4.3.4 Viscosidade Cinemática

O valor adequado da viscosidade garante a lubrificação das partes móveis do

sistema de alimentação de combustível e o tamanho das gotas de combustível na

saída do bico injetor. Como a viscosidade varia com a massa específica e com a

temperatura, uma faixa de variação é admitida para a viscosidade dos combustíveis.

A viscosidade é medida segundo norma D 445 (ASTM, 2006).

3.4.3.5 Ponto de Fulgor

Pressão de vapor é a pressão parcial do vapor de um fluido que estabelece

um equilíbrio entre a fase líquida e a fase gasosa. A pressão de vapor é uma função

da temperatura do fluido. À medida que a pressão de vapor aumenta cresce a

concentração de líquido volatilizado no ar. Líquidos inflamáveis diferentes requerem

diferentes concentrações de combustível no ar para manter a combustão. O ponto

de fulgor é a temperatura mínima na qual a concentração de combustível volatilizado

é suficiente para que a combustão se propague após a sua ignição. É um dado

importante para medidas de prevenção no transporte e no armazenamento. O ponto

de fulgor limita a quantidade de componentes voláteis no óleo combustível. O ponto

de fulgor dos combustíveis é determinado pelos métodos previstos nas normas

ASTM D 93 (ASTM International, 2007) e ISO 2719 (ISO, 2002).

31

3.4.3.6 Ponto de Névoa

Basicamente o óleo diesel é formado de hidrocarbonetos parafínicos que

define sua resistência a auto-ignição. Entretanto, sob baixa temperatura, ocorre uma

cristalização destes hidrocarbonetos e o combustível se torna turvo. A temperatura

em que se inicia a cristalização do combustível define o ponto de névoa – do inglês

cloud point. A partir desta temperatura a fluidez reduz, a perda de carga nos filtros

do sistema de alimentação aumenta e alteram-se forma e dimensões das gotas na

saída do bico injetor. Conseqüentemente, ocorre redução do desempenho do motor

e aumento da emissão de particulados.

3.4.3.7 Índice de Enxofre

O enxofre faz parte dos elementos que compõem o petróleo bruto e, após a

combustão, mais de 95% se converte em dióxido de enxofre (SO2). O restante se

agrega aos particulados sob a forma de sulfatos e sulfetos. O método de medição de

enxofre no combustível diesel é definido pela norma D 4294 (ASTM, 2003) e seu

limite, no Brasil, é de 2000 ppm para uso no interior e de 500 ppm para uso

metropolitano.

3.4.3.8 Poder Calorífico

Define a massa específica de energia do combustível. O poder calorífico do

óleo diesel situa-se em torno de 43,0 MJ/kg. Numa combustão completa todo

carbono presente no combustível é convertido em CO2, todo oxigênio é convertido

32

em H2O e, havendo, todo enxofre é convertido em SO2. Para combustíveis

hidrogenados é importante determinar se H2O resultante da combustão está na fase

liquida ou gasosa, pois a fase do H2O influencia no poder calorífico. Se o H2O

formado está na fase liquida, isto é, condensado, utiliza-se o poder calorífico

superior e, se está na fase gasosa, o poder calorífico inferior (Heywood, 1988).

3.4.3.9 Resíduo de Carbono

É determinado pelo processo estabelecido pela ASTM D189 (ASTM, 2006) e

ASTM D 524 (ASTM, 2004). Na destilação em baixa temperatura do petróleo bruto

para produção de óleo diesel, os últimos 10% da fração destilada são

predominantemente componentes orgânicos. O resíduo de carbono indica a

tendência do combustível para formar depósitos no bico injetor.

3.4.4 Biodiesel

O uso de combustíveis ditos renováveis, isto é, que se pode produzir em

breve escala de tempo e condições ambientais idênticas àquelas do momento de

uso destes combustíveis, induz à utilização de combustíveis de origem vegetal e

animal. A soma dos compostos emitidos durante a queima dos combustíveis será

igual ou menor do que aquela utilizada pelas plantas ou animais durante seu

crescimento (Basshuysen and Schäfer, 2002). O uso de biodiesel puro (B100) nos

motores do ciclo diesel, seja de injeção direta ou indireta, compromete o

desempenho do motor. O biodiesel puro tem viscosidade e massa específica

diferentes daquelas do óleo diesel mineral, variando inclusive com a matéria prima,

33

chamada óleo bruto. Em outras palavras, oleaginosas diferentes produzem biodiesel

de diferentes valores de massa específica e viscosidade.

3.4.4.1 Produção de Biodiesel pelo Método da Transesterificação

Os óleos vegetais e as gorduras de origem animal são triglicerídeos, isto é,

ésteres neutros de glicerol e ácidos graxos de cadeia longa. O glicerol é um álcool

com três átomos de carbono e uma hidroxila para cada átomo. O processo de

transesterificação separa os ésteres da glicerina. Os ésteres são o que se denomina

biodiesel e a glicerina é um subproduto com aplicações no campo da farmácia e

outras indústrias. Os ácidos graxos na estrutura comum dos triglicerídeos podem ter

de 5 a 28 átomos de carbono; o mais comum é que este número seja de 17 a 19

átomos de carbono. A reação de transesterificação, processo mais usual na

produção de biodiesel, é mostrada na Fig. 3.1 abaixo.

Figura 3.1 – Reação de transesterificação para produção de biodiesel.

Onde:

R1, R2, R3 variam de C12 a C22

R’ é um etil ou metil

O biodiesel tem menor viscosidade, maior resistência ao frio e estabilidade

que os óleos vegetais e as gorduras de origem animal. O biodiesel pode ser obtido

através do craqueamento. No entanto, o craqueamento dos óleos vegetais ou de

34

origem animal requer a adição de calor, uma vez que ocorre em temperaturas entre

400 e 500°C.

3.4.4.2 Características e Composição do Biodiesel

A Tabela 3.1 evidencia valores característicos do óleo diesel mineral e do

biodiesel de canola. Nota-se que o biodiesel de canola tem oxigênio em sua

composição, além de concentração de carbono cerca de 10% menor, o que contribui

para seu menor poder calorífico. O número de cetano, no entanto, é maior,

permitindo utilizar maiores razões de compressão ou retardar o tempo de injeção do

combustível, ações que permitem melhorar o rendimento de motores diesel. A

compatibilidade com outros materiais, como polímeros, elastômeros, termoplásticos

e outros, permanece inalterada até o percentual de 20% de biodiesel misturado ao

óleo diesel mineral (Gilbert, 1999).

Tabela 3.2 Características do biodiesel de canola e do óleo diesel mineral.

Composição % (v/v)

Combustível C H O

Massa

específica

a 15°C (kg/m3)

Poder Calorífico

Inferior (MJ/l)

Número de

Cetano

RME 77,2 12 10,8 822 32,8 51,0 – 59,7

Típico Diesel 86,6 13,4 0 830 - 840 35,5 51

Fonte: Basshuysen e Schäfer, 2002.

35

3.5 FORMAÇÃO E EMISSÕES DE POLUENTES

A composição dos gases exauridos por um motor de combustão interna

depende, fundamentalmente, da proporção entre o combustível e o ar que

alimentam o motor, bem como, da integralidade da combustão. Os motores a

combustão interna com ignição por compressão operam com uma razão

combustível/ar extremamente pobre. A queima do combustível é quase completa –

cerca de 98% de eficiência.

A fórmula química geral dos combustíveis é CnHmOr, sendo os combustíveis

de origem mineral isentos de oxigênio. O ar atmosférico tem em sua composição

básica 20,946% de oxigênio, 78,084% de nitrogênio, 0,934% de argônio e vapor

d’água. A combustão nos motores com ignição por compressão se dá quando o

combustível é injetado na câmara de combustão com o ar atmosférico comprimido a

alta pressão. A equação da combustão, considerados os dez elementos mais

significativos em concentração, é:

( )

OHnOHnNOnNnHn

HnOnOnCOnCOnNOnnOHC Hcrnn Hc

210982726

542322122 76,34

1

++++

+++++→+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++

φ (3.15)

onde:

Cn número átomos de carbono por mol de combustível;

Hn número átomos de hidrogênio por mol de combustível;

101....nn número de moles da espécie do produto correspondente.

A combustão produz ainda dióxido de nitrogênio (NO2 ), que não consta entre

os dez elementos de maior concentração mas compõe com NO o grupo poluente

36

chamado NOX. Os hidrocarbonetos não queimados e aldeídos não são produtos

diretos da combustão (Sodré, J.R and Yates, D 1997; Amaral e Sodré, 2002); por

isso, não foram escritos na Eq. (3.26). A combustão nos motores por compressão

produz, ainda, partículas com dimensões da ordem de com diâmetro da ordem de 10

a 80 nm, sendo a que a maior parte se concentra na faixa de 15 até 30 nm

(Heywood, 1988).

3.5.1 Material Particulado

Material particulado ou fuligem é formado essencialmente por carbono, de

aparência amorfa, com traços de outros compostos de material orgânico, resultante

de combustão incompleta. Nos motores de combustão interna com ignição por

compressão usados em automóveis, alimentados com diesel de origem mineral, o

valor típico encontrado nos gases de exaustão é de 0,2 até 0,6 g/km e, em grandes

motores com injeção direta, este valor situa-se entre 0,5 e 1,5 g/kW.h (Heywood,

1988). Ao microscópio a fuligem se apresenta em uma estrutura de cadeia linear ou

ramificada, composta de partículas esféricas ou quase esféricas. Sua formação se

dá pela reação:

sootmn CynHmyCOyOHC )2(2

2 22 −++→+ (3.16)

A ocorrência desta equação é possível somente quando o fator ( ) 02 >− yn ,

ou seja, quando a razão entre a quantidade de carbono e a quantidade de oxigênio é

maior que a unidade. Em outros termos, a oxigenação do combustível, que nos

motores de combustão interna com ignição por compressão ocorre com a sua

37

pulverização, efetuada pelo injetor, na câmara de combustão é fator preponderante

para a redução da formação de fuligem. O processo de formação da fuligem é

influenciado pela chama, pelo fluxo do combustível e, sobretudo, pelo tipo de

hidrocarboneto, pela pressão e pela temperatura.

3.5.2 Dióxido e Monóxido de carbono

A combustão de hidrocarbonetos é um processo de oxi-redução, ocorrendo a

oxidação do carbono e a redução do hidrogênio, com liberação de energia e

formação de novos compostos, sendo o principal o dióxido de carbono – CO2.

Quando a quantidade de oxigênio presente na mistura ar/combustível é insuficiente

para promover a completa oxidação do carbono presente na câmara de combustão

ocorre a formação de monóxido de carbono – CO. Outro fator importante na

formação de CO é a temperatura, que, se apresentar valores elevados, promove a

formação de monóxido de carbono mesmo com misturas pobres.

3.5.3 Hidrocarbonetos Não Queimados

Segundo Sodré e Yates (1977) a queima incompleta dos combustíveis se dá,

principalmente, nas aberturas presentes nas paredes da câmara de combustão,

como, por exemplo, aquelas encontradas entre o conjunto pistão-cilindro-anéis de

segmento; nas paredes do cilindro banhadas pelo óleo lubrificante; e no núcleo da

câmara de combustão. Nas aberturas e nas paredes do cilindro, a combustão não se

completa devido à extinção da chama pela baixa temperatura (comparada com a

temperatura do núcleo do cilindro), causada pela lubrificação e pelo sistema de

38

arrefecimento do motor. No núcleo do cilindro, a existência de mistura muito rica ou

muito pobre e a ausência ou excesso de turbulência provocam a extinção da chama

por não propiciarem o grau de mistura e a oxigenação adequada do combustível.

Em motores de combustão interna com ignição por compressão duas são as

causas principais da existência, na exaustão, de combustível não queimado

(Heywood, 1988): o combustível misturado entre o início da sua injeção e o início da

combustão é mais pobre que o limite de mistura pobre adequado para o motor; e a

não ocorrência de mistura do combustível com o ar devido à baixa velocidade do

combustível ao sair dos furos do bico injetor.

3.5.4 Óxidos de Nitrogênio

Os óxidos de nitrogênio apresentam-se, nos gases de exaustão, como óxido

nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2). A taxa de formação dos óxidos de

nitrogênio depende da temperatura atingida pelos gases durante a combustão,

normalmente acima de 1600°C, e do tempo de permanência dos gases à alta

temperatura. Formam-se através de reações químicas envolvendo moléculas de

nitrogênio (N2) e oxigênio (O2) dissociadas do ar de combustão. Para a formação de

óxido nítrico na combustão de misturas próximas da estequiométrica são

comumente aceitas as reações (Heywood, 1988):

NNONO +→+ (317)

ONOON +→+ 2 (3.18)

39

HNOOHN +→+ (3.19)

Nos motores de combustão interna com ignição por compressão o dióxido de

nitrogênio pode atingir valores entre 10 e 30% do total de óxidos de nitrogênio

presentes nos gases da exaustão. Um mecanismo plausível de formação de dióxido

de nitrogênio é (Heywood, 1988):

OHNOHONO +→+ 22 (3.20)

O dióxido de nitrogênio formado na região da chama é rapidamente

convertido em óxido nítrico pela reação:

22 ONOONO +→+ (3.21)

Excetua-se os casos em que o NO2 é rapidamente misturado com

combustível frio, o que ocorre em motores a combustão interna por compressão

operando com baixa carga, condição necessária para que as regiões com

temperaturas menores que a da chama sejam difusas.

O óxido nítrico se forma na queima de uma mistura de combustível típico e ar

a partir da temperatura de 426,85 °C (700 K) e pressão de 15 atm. A taxa de

formação de óxido nítrico cresce com o aumento da temperatura e da pressão.

40

4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL

4.1 APARATO EXPERIMENTAL

Um esquema geral da geração de energia elétrica utilizando um motor de

combustão interna como fonte de energia mecânica é mostrado na Fig. 4.1.

Figura 4.1: Esquema de geração de energia elétrica com grupo motor gerador.

A energia elétrica se caracteriza pela força eletromotriz – tensão – e pela

freqüência. A força eletromotriz é um parâmetro de projeto do gerador de energia

elétrica. A freqüência é função do número de pólos do gerador, valor característico e

fixo, e da sua rotação. O acelerador eletrônico tem a função de manter a rotação do

motor constante em 1800 rev/min. As características gerais do grupo motor-gerador,

utilizado nos experimentos, são mostrada nas Tabelas. 4.1 e 4.2.

rpm

MOTOR GERADOR CARGA ELÉTRICA

kW

ACELERADOR ELETRÔNICO

41

Tabela 4.1: Dados do motor de combustão interna.

PARÂMETRO TIPO OU VALOR

Tipo de construção Diesel – 4 tempos em linha

Tipo de injeção Direta

Diâmetro x curso 102 x 120 mm

Cilindrada unitária 0,980 litros

Número de cilindros 4

Cilindrada total 3,922 litros

Aspiração Natural

Tabela 4.2: Dados do gerador.

PARÂMETRO VALOR

N° de Pólos 4

Tensão 220 volts

N° de Fases 3

Potência Contínua (kVA) 55

Freqüência (Hz) 60

42

A Fig. 4.2 mostra detalhes do motor de combustão interna. No detalhe é

mostrada a bomba injetora (a), a bomba manual para escorvar o sistema de

alimentação de combustível (b) e acelerador eletrônico (c). A Fig. 4.3 apresenta

uma vista da sala de controle, incluindo o manômetro de coluna de líquido utilizado

para medir a queda de pressão na placa de orifício empregada para determinar a

taxa de escoamento de massa de ar admitido. A Fig. 4.3 mostra, ainda, o painel de

controle do grupo motor gerador e do banco de resistências utilizado como sistema

de cargas, bem como o oscilógrafo digital e o computador, integrantes do sistema de

aquisição e armazenamento de dados.

(c)

( a )

( b )

Figura 4.2: Detalhes do motor de combustão interna.

43

Figura 4.3: Vista da sala de controle.

Como carga elétrica para o grupo gerador utilizou-se um banco de

resistências de 50kW, em 220 volts, com indutância reduzida de modo que a

reatância, na freqüência de 60 Hz, pode ser negligenciada. As resistências foram

agrupadas em sete módulos, sendo dois de 2,5 kW, um de 5kW e quatro de 10 kW,

de modo a permitir um incremento de carga no gerador com valor mínimo de 2,5 kW.

O banco de resistências foi instalado na face externa da parede da sala de controle

e da sala de testes. Para proporcionar o fluxo de calor necessário para a operação

do banco de resistências, nele foi acoplado um eletro-ventilador para gerar um

escoamento de ar forçado através dos módulos (Fig. 4.4).

44

Figura 4.4: Vista do banco de resistências e eletro-ventilador.

A seguir são descritos os instrumentos utilizados para medição dos

parâmetros elétricos; massa de ar admitida pelo motor; temperaturas do ar de

admissão, gases de exaustão, combustível no reservatório e sala de testes; pressão

barométrica; consumo de combustível; opacidade e concentração dos gases de

exaustão.

4.1.1 Energia Elétrica

Para medir os parâmetros de quantificação da energia elétrica fornecida pelo

grupo gerador utilizou-se um analisador de energia (Fig. 4.5). A energia dissipada

pelo banco de resistências foi medida por um processo indireto. Mediu-se a corrente

e a tensão da fase A e calculou-se a potência trifásica usando a Eq. (4.1) com a

freqüência monitorada durante as medições:

45

fAfAIVP 33 =Φ (4.1)

onde:

fAI - intensidade da corrente elétrica na fase A (A);

Φ3P - potência elétrica trifásica (W);

fAV - tensão na fase A (V).

Figura 4.5: Analisador de energia elétrica – medidas de tensão, corrente e

freqüência.

4.1.2 Massa de Ar Admitido

A taxa de escoamento de massa do ar admitido pelo motor foi medida através

de uma placa de orifício, seguindo a norma ISO 5167 (International Organization for

Standardization, 1994). A massa de ar é determinada em função da diferença de

pressão provocada pela placa de orifício, no canal de escoamento, segundo a

expressão:

( )21122 2

4PPdm −=

•

ρπαε (4.2)

46

onde:

d2 – diâmetro do orifício (m);

P1 – pressão do fluido na entrada do orifício (kg/m ·s);

P2 – pressão do fluido na saída do orifício (kg/m ·s);

α – coeficiente de descarga (adimensional);

ε – fator de expansão do escoamento (adimensional);

ρ1 – massa específica do fluido na entrada do orifício (kg/m³).

A Fig. 4.6 mostra detalhes da instalação da placa de orifício (a) e das

tomadas de pressão (b). A medição da diferença de pressão na placa de orifício foi

realizada através de um manômetro de coluna d’água, visto anteriormente na Fig.

4.3. A placa tem comprimento de 2000 mm desde sua entrada até o orifício calibrado

e 270 mm desde este furo até sua saída, totalizando 2270 mm. O diâmetro do tubo é

80 mm. Suas dimensões, segundo a norma ISO 5167 (ISO, 1994), asseguram que o

fluxo de ar está completamente desenvolvido quando atinge o furo calibrado.

Admitiu-se que o filtro de ar da linha de admissão do motor produz o efeito de

amortecimento necessário para amortizar as pulsações geradas pela expansão dos

cilindros do motor, podendo-se prescindir da utilização de câmara de amortecimento

sempre presente neste modo de medição de massa de ar.

(a)

(b)

Figura 4.6: Placa de orifício.(a) placa; (b) tomada de pressão

47

4.1.3 Temperatura e Pressão

Buscou-se manter a temperatura do ar admitido pelo motor de combustão

interna dentro de limites controlados. Entretanto, o sistema de ar condicionado

algumas vezes não estava disponível. Foram utilizados termopares tipo K para

medição de temperatura do ar de admissão na entrada da placa de orifício (Fig. 4.7),

na entrada do filtro de ar (Fig. 4.8) e no coletor de exaustão (Fig. 4.9).

Figura 4.8: Termopar localizado na entrada do filtro de ar.

Figura 4.7: Termopar localizado na entrada da placa de orifício.

TERMOPAR

48

Os dados de temperatura foram coletados por um oscilógrafo digital de 8

canais, mostrado na Fig. 4.10. O oscilógrafo adquire os dados a uma freqüência de

aproximadamente 100 MHz. Os dados capturados pelo oscilógrafo foram

armazenados em um computador (Fig. 4.3).

Figura 4.10: Oscilógrafo digital utilizado no sistema de aquisição de dados.

Figura 4.9: Termopar localizado na exaustão e filtro aquecido do gás de amostra.

TERMOPAR

FILTRO AQUECIDO DO GÁS DE AMOSTRA

49

A pressão barométrica na sala de testes foi medida usando um barômetro de

Torricelli com resolução de 1 mmHg (Fig. 4.11). Neste barômetro está acoplado um

termômetro de líquido em vidro, com resolução de 1°C, utilizado para monitorar a

temperatura da sala de testes.

4.1.4 Consumo de Combustível

Para medição da massa de combustível consumida nos testes utilizou-se uma

balança digital com capacidade para 6 kg e resolução de 2 g, mostrada na Fig. 4.12.

Figura 4.11: Barômetro de Torricelli

50

4.1.5 Opacidade do Gás de Exaustão

Como um indicativo da presença de material particulado na exaustão, utilizou-

se um opacímetro digital para medir o índice de opacidade do gás (Fig. 4.13). O

aparelho registra o valor máximo de opacidade dentro de um intervalo de medição,

segundo a NBR 13037 (ABNT, 2003).

Figura 4.13: Opacímetro.

Figura 4.12 – Balança digital.

SONDA

51

4.1.6 Concentração de Gases Poluentes na Exaustão

Para a medição da concentração de hidrocarbonetos na exaustão utilizou-se

um analisador de gases (Fig. 4.14) com detector por ionização da chama (FID),

capaz de medir hidrocarbonetos totais (THC) ou metano somente (CH4). O modelo

dispõe de um catalisador que, selecionado por chaveamento mecânico, remove

todos os hidrocarbonetos do fluxo da amostra exceto o metano, permitindo assim

medir a quantidade de CH4 presente na amostra. A sensibilidade do equipamento é

adequada para medições de emissão veicular e industrial. O equipamento apresenta

resolução de 1 ppm, linearidade 1% e repetividade ± 0,5%. O analisador era

calibrado com um gás hidrocarboneto padrão (metano foi utilizado) diluído em ar

sintético na concentração de 3000 ppm.

Um analisador de gases modelo com detector por infravermelho não

dispersivo (NDIR) foi o instrumento utilizado para medir as concentrações de

monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2) (Fig. 4.15). O funcionamento

do equipamento é baseado no princípio que cada um destes gases absorve um

único comprimento de onda, na região do infravermelho. O analisador media

também a concentração de oxigênio (O2) através uma célula galvânica de

combustível. O equipamento apresenta, para medição de CO, uma resolução de

leitura de 1ppm e repetividade de ± 1%; para o CO2 a resolução é de 0,01% e a

repetividade ± 1%; para O2 a resolução é de 0,1% e a repetividade ± 1%. O

analisador foi calibrado com uma mistura padrão, diluída em nitrogênio, tendo CO a

concentração de 1% mol / mol e CO2 a concentração de 16% mol / mol. Para

calibração do O2 usou-se o ar atmosférico purificado, para o que se fixou a

concentração de 20,9%. O ar utilizado era purificado por um gerador de ar puro,

52

apresentando concentração de monóxido de carbono, dióxido de carbono,

hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio menor que 1%.

As concentrações de óxido nítrico (NO) e de óxidos de nitrogênio (NOx), que

soma NO e NO2 (monóxido e dióxido de nitrogênio), foram medidas utilizando um

analisador de gases cujo princípio de funcionamento é a quimioluminescência (Fig.

4.16). O método é baseado na reação de quimioluminescência entre ozônio (O3) e

NO, fornecendo NO2 e oxigênio (O2). Aproximadamente 10% do NO2 produzido a

partir desta reação está em um estado eletronicamente excitado. A transição deste

estado para o estado normal produz luz cuja intensidade é proporcional à taxa de

escoamento de massa de NO2 na câmara de reação. A luz é medida por um tubo

fotodiodo e um amplificador eletrônico. O equipamento apresenta resolução de

leitura 0,1 ppm, linearidade 1% e repetividade ± 0,5%. Foi calibrado com um gás

padrão de referência tendo NO diluído em nitrogênio (N2) na concentração de 2400

ppm.

Os analisadores de gases foram todos montados em um gabinete que incluía

ainda um gerador de ar puro, equipamento que purificava o ar conduzido aos

analisadores para fornecimento de oxigênio (O2) necessário à calibração e operação

dos equipamentos. Montado no gabinete havia ainda um desumidificador, para

retirada do vapor d’água existente no gás de amostra para o correto funcionamento

dos analisadores. A amostra coletada no duto de exaustão passava inicialmente por

um filtro aquecido (Fig. 4.9), antes de ser conduzida aos analisadores através de

uma linha aquecida. O filtro e a linha eram ambos mantidos a 200 °C para evitar a

condensação dos componentes mais pesados do gás de amostra.

53

4.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

As medições visaram relacionar o consumo de combustível e a concentração

dos gases de exaustão com a potência elétrica fornecida pelo grupo gerador. A

medição do consumo de combustível foi realizada em testes diferentes daqueles em

que a medição da concentração dos gases de exaustão foi realizada. As grandezas

medidas foram armazenadas em uma planilha eletrônica contendo as equações

necessárias para calcular e apresentar os resultados finais desejados.

Figura 4.16: Analisador óxido nítrico e dióxido de

Figura 4.15: Analisador de monóxido de carbono, dióxido de carbono e oxigênio

Figura 4.14: Analisador de hidrocarbonetos totais e metano.

54

O grupo motor-gerador, segundo dados fornecidos pelo fabricante, consome

cerca de 12 litros por hora de funcionamento, com carga plena, isto é 50 kWh.

Testes preliminares indicaram que o consumo do motor sem carga elétrica aplicada

estava em torno de 2 litros/hora e, com 38,44 kW, em torno de 12 litros/hora.

O Laboratório de Ensaio de Combustíveis – LEC – da UFMG e da o

Laboratório da Escola de Química da UFRJ analisaram amostras de misturas de

diesel e biodiesel, relacionadas nos Anexos I e II, respectivamente. Os resultados

indicam que a viscosidade de algumas mistura se distancia dos valores prescritos

em norma para o óleo diesel. Tal fato foi determinante para limitar as concentrações

de biodiesel utilizadas nos testes d e consumo, mostradas na Tabela 4.3.

Tabela 4.3: Nomenclatura das amostras empregadas nos testes.

SIGLA COMPOSIÇÃO

B0 Óleo diesel mineral puro

B5M Mistura de 5% de biodiesel de mamona e 95% de óleo diesel mineral

B5S Mistura de 5% de biodiesel de soja e 95% de óleo diesel mineral







55

4.2.1 Consumo de Combustível

Para determinar o consumo de combustível, optou-se pela estratégia de

consumir cerca de um litro de combustível para cada valor de carga elétrica aplicada

ao grupo gerador. Os valores nominais de carga elétrica e os relativos tempos de

operação aproximados correspondentes ao consumo volumétrico e 1 litro são

indicados na Tabela 4.4. Os primeiros testes indicaram que, aplicada uma carga ao

gerador maior que 40 kW, o sistema eletrônico de proteção desligava o motor

térmico. Quando a carga aplicada era igual a 40 kW, o funcionamento era instável, a

freqüência da tensão gerada caia para valores inferiores a 58,5 Hz e o motor térmico

era desligado pelo sistema eletrônico de proteção após cerca de 10 min. Assim,

estabeleceu-se que a máxima carga aplicada nos testes seria de 37,5 kW. Verificou-

se, ainda, que a melhor relação entre consumo de combustível e a potência estava

em torno de 30 kW de carga aplicada.

Tabela 4.4: Duração dos testes de consumo de combustível.

CARGA ELÉTRICA

(kW)

TEMPO DE TESTE

(min)

0 30

10 20

20 15

30 10

37,5 5

56

Os aparelhos e utensílios utilizados para determinar o consumo de

combustível foram: balança, funil e frascos com volume mínimo de 5 (cinco) litros.

Visando otimizar o tempo necessário para realizar os testes e uniformizar os

resultados, os combustíveis foram previamente preparados em quantidade de

aproximadamente 18kg. O combustível era pesado antes e após cada teste, nos

tempos e cargas especificados na Tabela 4.4. A balança disponível apresenta limite

máximo de carga de 6 kg (ver Secção 4.1.14). O lastro do reservatório de

combustível é de, aproximadamente, 5kg e a linha de alimentação de combustível

contém cerca de 2 kg. Três testes realizados para cada amostra consumiam,

aproximadamente, 5 kg de combustível.

A linha de combustível era purgada sempre que o combustível era trocado. A

temperatura do combustível era monitorada na saída e no retorno ao reservatório.

Durante os testes as condições ambientes (pressão, temperatura e umidade) foram

também monitoradas.

4.2.2 Emissões de Gases Poluentes

Devido a oscilações na leitura registrada pelos analisadores de gases,

determinou-se o tempo de 4 min como período de estabilização para a medição da

concentração dos gases de exaustão. A seqüência de teste deu-se com a inserção

de cargas crescentes a partir de 0 kW, em intervalos de 5 min. O incremento mínimo

de carga foi de 2,5 kW. A massa de combustível necessária para um teste completo,

incluindo o aquecimento do motor, era de 8 kg.

57

Após uma hora de aquecimento, os analisadores eram calibrados com as

misturas padrão seguindo procedimento indicado pelo fabricante. A amostra era

coletada diretamente da exaustão e passava por um filtro aquecido antes de ser

conduzido para os analisadores de HC/CH4 e NO/NOX (ver Fig. 4.9). A linha

eletricamente aquecida mantém a temperatura do gás em torno de 200 °C para

evitar condensação. Em uma linha não aquecida, outra amostra do mesmo gás de

exaustão era conduzida para o analisador de CO/CO2/O2 passando antes por um

filtro desumidificador antes de entrar no equipamento. As leituras lidas no painel

frontal dos analisadores eram anotadas após cerca de 4 minutos após cada carga

aplicada. Tal como nos testes de consumo, as condições ambientais na sala de

testes foram monitoradas. A temperatura da sala e do ar admitido no motor era

controlada através da utilização de um aparelho de ar condicionado.

Para leitura da opacidade, a sonda do opacímetro (Fig. 4.13) era instalada na

tubulação de exaustão, no lado externo da parede da sala de testes. Uma vez que o

gás que passa pela sonda é liberado no ambiente, a sonda não pode ser instalada

no interior da sala de testes por razões de segurança. Um cabo de conexão ligava a

sonda ao aparelho receptor (Fig. 4.13).

58

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 PRÓLOGO

Os resultados deste trabalho são apresentados em três tópicos distintos, a

saber: propriedades físico-químicas dos combustíveis, consumo de combustível e

emissões de gases poluentes na exaustão.

As amostras de combustíveis, coletadas dos lotes utilizados nos testes de

medição de consumo de combustível e emissões de poluentes foram analisadas no

Laboratório de Ensaios de Combustíveis da UFMG (LEC-UFMG) e no Laboratório de

Materiais da Escola de Química da UFRJ (LMT/COPPE/UFRJ). As amostras de

misturas de óleo diesel mineral (B0) e biodiesel de óleo de fritura (BF), biodiesel de

soja (BS) e biodiesel de mamona (BM) foram testas no LEC-UFMG conforme o

Regulamento Técnico ANP n° 2/2006 e a Resolução ANP n° 15/2006. Lotes

idênticos de amostras foram analisados no LMT-COPPE/UFRJ segundo a

Resolução ANP 42. Medições de massa específica, viscosidade dinâmica e

viscosidade cinemática foram realizadas na DQ/FIASA, em amostras de mesma

procedência.

As misturas usadas para a medição de consumo foram B0, BS e BM. Os

testes de consumo e de emissões foram realizados nos laboratórios da Pontifícia

Universidade Católica de Minas Gerais – PUC Minas.

59

5.2 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS COMBUSTÍVEIS

Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis– ANP

regulamenta o uso de combustíveis no Brasil. A Resolução ANP nº 15, de 17/7/2006,

publicada no Diário Oficial da União em 19/7/2006, estabelece as especificações de

óleo diesel e mistura óleo diesel/biodiesel (B2) para uso rodoviário e comercialização

em todo o território nacional. O biodiesel foi regulamentado pela Resolução ANP Nº

42, de 24.11.2004, publicada no Diário Oficial da União em 9/12/2004 e retificada no

Diário Oficial da União em 19/4/2005. Esta Resolução estabelece através do

Regulamento Técnico ANP nº 4/2004, as características do B100 a ser adicionado,

na proporção de 2% em volume, ao óleo diesel comercializado no país. As

características dos combustíveis apresentadas, que influenciam no consumo e

emissões, são resultantes de análises segundo a Resolução ANP n. 15, de 2006.

5.2.1 Massa Específica

A massa específica é uma propriedade importante na definição dos

parâmetros de admissão de combustíveis. Por norma, são fixados seus limites

inferior e superior distintos para o óleo diesel metropolitano e o óleo diesel usado no

interior. Visto que os sistemas de injeção de combustível operam por medição de

volume, estabelecidos os parâmetros de injeção variações na massa específica do

combustível influenciam no desempenho do motor. Em motores diesel, maior massa

específica do combustível tende a produzir mais fuligem e maior potência (Owen e

Coley, 1995).

60

A Fig. 5.1 apresenta valores próximos para a massa específica de misturas

com a mesma concentração de biodiesel de mamona e de óleo de fritura. Pode-se

inferir dos resultados que misturas com aproximadamente 36% de biodiesel de

mamona ou de fritura atendem à especificação de máxima massa específica (880

kg/m3) para o óleo combustível destinado ao consumo no interior. Contudo, para uso

metropolitano, o teor de biodiesel na mistura, também por inferência, não deve

ultrapassar 10% para atendimento ao valor máximo de massa específica estipulado

para esta aplicação (865 kg/m3). Considerando um ajuste linear entre B0 e B100S,

concentrações de até 82% de biodiesel de soja em óleo diesel mineral atendem ao

limite de massa específica para o uso no interior. Para uso urbano, a concentração

de biodiesel na mistura não deve ultrapassar 25%.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)

850

860

870

880

890

900

910

920

930

MAS

SA E

SPEC

ÍFIC

A A

20OC

(kg/

m3 )

LIMITE MÁXIMO METROPOLITANO= 865 kg/m3

KBIODIESEL DE MAMONA+BIODIESEL DE ÓLEO DE FRITURA.BIODIESEL DE SOJA

LIMITE MÁXIMO INTERIOR= 880 kg/m3

Figura 5.1: Variação da massa específica com o percentual de biodiesel.

61

5.2.2 Viscosidade

A viscosidade determina a resistência que o fluido oferece ao escoamento.

Afeta a lubrificação do sistema de injeção e a atomização do combustível. A

viscosidade é um parâmetro importante para projetar o sistema de admissão de

combustível e definir os parâmetros de injeção. Fixados estes parâmetros, o

aumento da viscosidade implica em redução da quantidade de combustível

disponível para a combustão (Owen e Coley, 1995).

As misturas de biodiesel analisadas apresentam viscosidade maior que o

diesel mineral (Fig. 5.2). Os valores de viscosidade cinemática medidos foram

preponderantes na definição das misturas utilizadas nos testes de consumo. Os

resultados mostram o biodiesel puro de mamona (B100M) e de óleo de fritura

(B100F) apresentam valores de viscosidade maiores que o limite de 5,0 cm2 /s

prescritos em norma, enquanto o biodiesel puro de soja (B100S) atende o limite

estabelecido (Fig. 5.2). Assim, conclui-se que o biodiesel de soja na mistura em

qualquer proporção no óleo diesel mineral atende os limites estabelecido para a

viscosidade. As misturas testadas apresentam a viscosidade abaixo do limite

máximo estabelecido até a concentração de 35% de biodiesel de mamona em óleo

diesel mineral. Para as misturas com biodiesel de óleo de fritura, a concentração

máxima deste não deve superar 20% para atendimento ao valor da viscosidade

máxima.

62


0

5

10

15

20

25

30

35

VIS

CO

SIDA

DE A

40O

C (c

m2 /s

)

LIMITE MÁXIMO= 5 cm2/s

KBIODIESEL DE MAMONA+BIODIESEL DE ÓLEO DE FRITURA.BIODIESEL DE SOJA

Figura 5.2: Variação da viscosidade com a concentração de biodiesel

Fonte: LEC-UFMG.

5.2.3 Índice de Cetano

O índice de cetano, denominado IC, é a referência para definir a capacidade

de um combustível de entrar em combustão. O número de cetano (CN) indica o

comportamento dos combustíveis durante a fase de partida destes motores. A

determinação deste número requer equipamento específico que não está disponível

nos laboratórios onde os combustíveis foram testados. Usualmente o índice de

cetano é utilizado em substituição ao número de cetano, por ser de mais breve

determinação. O valor mínimo do índice de cetano previsto em norma para

combustível diesel é 45.

O cálculo do IC foi inicialmente regulamentado pela norma ASTM D 976

(ASTM International, 2006) que utiliza como parâmetros a viscosidade cinemática a

63

15°C e a temperatura de 50% de volume evaporado. A expressão é mostrada a

seguir (Owen and Coley, 1995).

( )[ ]25050

2 log83,97554,074,774416164107454 TT,,CI +−+−= ρρ (5.1)

onde:

ρ - massa específica a 15°C (kg/m3);

T50 - Temperatura da curva de evaporação correspondente à evaporação de

50% do volume de combustível (°C).

Esta equação, no entanto, pode mostrar-se inadequada quando utilizada para

determinação do IC de óleos leves cuja temperatura final de destilação for inferior a

260°C. Finalmente, esta equação mostra-se inadequada para determinação do IC de

combustíveis tratados com aditivos para aumentar o número de cetano.

Outro método de determinação do IC é regulamentado pela norma ASTM D

4737 (ASTM International, 2004) e utiliza três pontos da curva de destilação ao invés

de um único ponto. A equação para cálculo utilizando três pontos é mostrada a

seguir (Owen and Coley, 1995).

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) 22

90

2109050

905010

6070,02150049,0

2150049,0310420,0260901,0

3100523,0260131,02150892,02,45

BBT

TTT

TTTIC

++−

+−+−−−

+−+−+−+=

(5.2)

( )[ ]85,05,3 −−= ρeB (5.3)

64

Onde:

T10, T50, e T90 - temperaturas de evaporação de 10%, 50% e 90% do volume

de combustível (°C)

Esta expressão foi desenvolvida para diesel mineral (Owen and Coley, 1995).

A Fig. 5.3 mostra o IC calculado utilizando os dados do Apêndice III para as

amostras de misturas de biodiesel testadas no LEC-UFMG.

Os valores de índice de cetano calculados utilizando as equações 5.1 e 5.2 e

os valores de T10, T50, e T90 medidos no LEC-UFMG mostram uma redução no valor

do índice de cetano com o aumento da concentração de biodiesel na mistura como

se pode notar na Fig. 5.3. Para o método dos três pontos esta redução é, ainda,

mais acentuada.

0 10 20 30 40 50 60 70 80CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)

36.037.038.039.040.041.042.043.044.045.046.047.048.049.050.0

ÍND

ICE

DE

CET

AN

O

Fritura 1 Ponto Mamona 1 Ponto Mamona 3 Pontos Fritura 3 Pontos

LIMITE MÍNIMO= 45

Figura 5.3: Variação do índice de cetano com o percentual de biodiesel.

65

5.2.4 Volatilidade

A volatilidade, ou volatilização, é a capacidade de uma substância passar do

estado líquido ao estado gasoso. A volatilidade é medida pela temperatura na qual

um percentual do combustível é vaporizado. A temperatura de 10% de volume

evaporado – T10 – indica a facilidade do combustível volatilizar-se, enquanto a

temperatura de 90% de volume evaporado – T90 – indica a temperatura final de

volatilização do combustível. Os componentes que se volatilizam em temperaturas

altas não se queimam totalmente (Owen e Coley, 1995).

No caso dos combustíveis dos motores com ignição por compressão, a

volatilidade tem influência na potência, na formação de fuligem e depósitos na

câmara de combustão e no sistema de exaustão dos motores. Quanto mais volátil é

o combustível menor será a quantidade de fuligem e resíduos que se formaram na

exaustão e na câmara de combustão. Os testes de destilação de misturas de

biodiesel de mamona e de óleo de fritura executados pelo LEC-UFMG indicam uma

redução da volatilidade com o aumento da concentração de biodiesel, como se pode

notar nas Figs. 5.4 e 5.5.

66


100120140160180200220240260280300320340360380

TEM

PER

ATU

RA

(

K B0M B25M- B75M

Figura 5.4 Curva de destilação óleo diesel mineral e biodiesel de mamona.


100120140160180200220240260280300320340360380

TEM

PER

ATU

RA

(

K B0M B25S- B50S! B75S

Figura 5.5: Curva de destilação do óleo diesel mineral e do biodiesel de

fritura.

67

Tanto o biodiesel de mamona quanto o de óleo de fritura apresentam uma

volatilidade menor que o óleo diesel mineral. O biodiesel de fritura apresenta, ainda,

uma instabilidade na curva na fase final da destilação. As temperaturas T10, T50 e

T90, juntamente com a massa específica, formam as quatro variáveis dos métodos

utilizados para calcular o índice de cetano. Outro importante indicador é a

temperatura T85, que, juntamente com T90, mostra a tendência do combustível para

produzir fumaça (Owen e Coley, 1995). As Figs. 5.6, 5.7, 5.8 e 5.9 mostram as

temperaturas nas quais ocorrem a evaporação de 10, 50, 85 e 90% do volume de

combustível, relacionando-as com a concentração de biodiesel.


200

210

220

230

240

250

260

270

280

TEM

PE

RAT

UR

A T

10 (

KMAMONAMÓLEO DE FRITURA

Figura 5.6: Variação da temperatura de 10% de volume evaporado (T10).

68


260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

TEM

PER

ATU

RA

T50

(




300

310

320

330

340

350

360

TEM

PE

RAT

UR

A T

85 (



69


300

310

320

330

340

350

360

370

380

TEM

PE

RAT

UR

A T

90 (



Misturas contendo concentrações superiores a 35% de biodiesel de óleo de

fritura apresentam a temperatura T50 acima do valor máximo recomendado por

norma para o óleo diesel mineral puro, que é 310 °C. Para as misturas contendo

biodiesel de mamona estima-se uma concentração em torno de 50% para

atendimento a este limite. Todas as amostras testadas apresentaram a temperatura

em que ocorre a evaporação de 90% do combustível – T90 – abaixo do valor máximo

fixado por norma para o óleo diesel mineral, que é 360 °C (Fig. 5.9).

5.2.5 Teor de Enxofre

A concentração de enxofre no combustível é definida em norma para duas

aplicações: uso metropolitano e uso no interior. O enxofre provoca desgastes nas

partes móveis dos motores – cilindros e anéis. Não se trata de uma característica

que influencia na capacidade do óleo para produzir energia, contudo sua

70

concentração na atmosfera em grau elevado provoca, quando precipitado, chuva

ácida. Daí a distinção de valores díspares para regiões metropolitanas e interioranas,

uma vez que reduzir a concentração de enxofre no combustível de origem mineral

representa um custo significativo.

A Fig. 5.10 mostra o teor de enxofre se reduzindo para as misturas com

concentrações crescentes de biodiesel de mamona ou biodiesel de óleo de fritura no

óleo diesel mineral. Nota-se que a quantidade de enxofre é praticamente nula para

biodiesel de óleo de fritura puro (B100F). Todas as amostras contendo biodiesel

apresentaram teor de enxofre inferior ao estabelecido pelas normas vigentes para

aplicações metropolitanas, de 500 mg/kg. Misturas com concentrações de biodiesel

de óleo de fritura superiores a 83% – valor inferido da curva – permitem reduzir o

teor de enxofre a valores inferiores a 50 mg/kg, atendendo as especificações para o

combustível diesel estabelecidas pelas leis mais rigorosas praticadas na Europa.


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

TEO

R D

E EN

XOFR

E (m

g/kg

)

LIMITE MÁXIMO METROPOLITANO= 500 mg/kg

KBIODIESEL DE MAMONA+BIODIESEL DE ÓLEO DE FRITURA

Figura 5.10: Variação do teor de enxofre com a concentração de biodiesel.

71


Observou-se, que o biodiesel de óleo de fritura apresentava resíduos sólidos

depois de um período de estocagem. Quando alimentado com combustível cujo teor

de biodiesel de óleo de fritura era maior que 25% e o gerador carregado com carga

superior a 25 kW, o motor se mostrava instável, variando a rotação e,

conseqüentemente, a freqüência da tensão. Optou-se, então, por descartar as

misturas contendo biodiesel de óleo de fritura e fazer os testes de consumo com

biodiesel de mamona e de soja. Limitou-se a concentração do biodiesel de mamona

em 35% e do biodiesel de soja em 85%, face aos resultados obtidos da análise

físico-química das amostras.

Buscou-se, sobretudo, atender às especificações de viscosidade e massa

específica máximas estabelecidas para combustíveis utilizados em motores diesel.

Do Apêndice IV se tem viscosidade cinemática e a massa específica a 40°C,

medida para o combustível B35M e B85S. O valores da viscosidade são foi de 5,46

mm2/s e 5,01 mm2/s, respectivamente, valores próximos ao limite máximo de 5

mm2/s estabelecido na resolução ANP 15/2006. A massa específica verificada para

o combustível B35M foi de 860,3 kg/m3 e, para o combustível B85S, 866,1 kg/m3,

valores abaixo do limite máximo de 880 kg/m3 especificado para o combustível

diesel destinado ao uso no interior. Com estes valores o motor mostrou-se estável

mantendo a freqüência da tensão gerada próxima de 60 Hz, com carga de até 40

kW. O consumo de combustível foi medido para as misturas B0, B5M, B20M, B35M,

B5S, B20S, B35S, B50S E B85S.

72

5.3.1 Massa de Combustível Consumido

O consumo de combustível declarado pelo fabricante é de 12 litros por hora

na potência máxima que, na altitude em que o motor está instalado em relação ao

nível do mar – cerca de 920m –, é, aproximadamente, 42,5 kW. As Figs.. 5.11 e 5.12

mostram o consumo de combustível para as amostras testadas variando de

aproximadamente 2 a 13 kg/h, com o gerador de energia elétrica alimentando cargas

de 0 até 38,91 kW. A massa de combustível consumida pelo motor de combustão

interna para as misturas com diferentes concentrações de biodiesel usadas nos

experimentos apresentou uma variação pequena com o motor operando sem carga

e uma variação significativa quando o gerador foi submetido a cargas elevadas.

As Figs. 5.11 e 5.12 mostram, ainda, que para uma carga fixa a massa de

combustível consumida pelo motor aumenta com o aumento da concentração de

biodiesel na mistura com o óleo diesel mineral. O maior consumo se dá com B85S

(Fig. 5.12). Ao se comparar o consumo registrado para o B0 e B85S, sem carga

aplicada, B85S consome, aproximadamente, 16,24% mais que B0. O motor

alimentado com B85S consome cerca de 4 % a mais do que B0 quando o gerador é

carregado com 28,64kW e, para a carga de 38,91kW, esta diferença é de

aproximadamente 9,69% (Fig. 5.12). Para todas as misturas de biodiesel, em geral,

a diferença percentual de consumo com B0 se reduz na medida em que a carga

ligada ao gerador aumenta. Tal tendência é observada em toda a faixa de carga

aplicada.

73

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

CO

NSU

MO

DE

CO

MBU

ST

ÍVE

L (k

g/h)

KB0+B5M.B20M4B35M

Figura 5.11: Variação da massa de combustível consumida com a carga aplicada ao

motor operando com biodiesel de mamona.

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

CO

NSU

MO

DE

CO

MB

UST

ÍVE

L (k

g/h)

KB0+B5S.B20S4B35S$B50S(B85S

Figura 5.12: Variação da massa de combustível consumida com a carga aplicada ao

motor operando com biodiesel de soja.

74

5.3.2 Razão Ar/Combustível

Os valores encontrados para a razão ar/combustível são típicos para um motor com

ignição por compressão, situando-se entre 18 e 70 (Figs. 5.13 e 5.14). Nota-se maior

variação da razão ar/combustível entre as amostras de combustível testadas quando

o motor operou sem carga. Para uma carga fixa, o motor operou com misturas mais

ricas à medida que se aumentava a concentração de biodiesel na mistura com o

óleo diesel mineral.

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

RAZ

ÃO

AR

/CO

MB

US

TÍV

EL

KB0+B5M.B20M4B35M

Figura 5.13: Razão Ar/Combustível – motor operando com biodiesel de mamona.

75

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

RAZ

ÃO A

R/C

OM

BUST

ÍVEL


Figura 5.14: Razão Ar/Combustível – motor operando com biodiesel de soja.

5.3.3 Consumo Específico de Combustível

Nota-se nas Figs. 5.15 e 5.16, para uma carga fixa, um aumento significativo

do consumo específico de combustível para concentrações de biodiesel em

concentrações maiores que 5%. O consumo específico de combustível aumenta com

o aumento da concentração de biodiesel na mistura. O melhor desempenho do

motor ocorre quando o gerador é carregado com 28,64 KW. Com esta carga, o

motor alimentado com B85S tem um consumo específico 4,56% maior que B0. A

diferença máxima de consumo específico observada ao se comparar B0 e as

misturas contendo biodiesel é de 11,96% com o motor alimentado com B85S e

carregado com 38,91 kW (Figura 5.15). Cumpre ressaltar que não foram efetuadas

76

modificações no motor de combustão interna para otimizar o uso com os

combustíveis contendo biodiesel.

5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

0.260

0.280

0.300

0.320

0.340

0.360

0.380

0.400SF

C (

kg/k

W.h

)KB0+B5M.B20M4B35M

Figura 5.15: Consumo Específico de Combustível – motor operando com Biodiesel

de mamona

5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

0.260

0.280

0.300

0.320

0.340

0.360

0.380

0.400

SFC

(kg/

kW.h

)


77

Figura 5.16: Consumo Específico de Combustível – motor operando com Biodiesel

de soja.

5.4 EMISSÃO DE GASES POLUENTES NA EXAUSTÃO

Os testes de emissões de óxidos de nitrogênio ficaram comprometidos devido

à contaminação do gás de referência para estas medições. Decidiu-se, então, usar

os dados obtidos durante a fase de definição da metodologia para mostrar as

tendências da formação de NO e NOX. Nesta fase utilizou-se biodiesel de óleo de

fritura – BF – e de óleo de soja – BS. A carga máxima aplicada ao gerador foi 25 kW.

Para CO2, CO, O2, e hidrocarbonetos não queimados os testes foram

realizados para cargas de 0 kW, 10 kW, 20 kW, 30 kW e 40 kW. As concentrações

de biodiesel utilizadas foram aquelas usadas nos testes de consumo de combustível.

5.4.1 Concentração de Dióxido de Carbono

Observa-se nas Figs. 5.17 e 5.18 um crescimento da concentração de dióxido

de carbono com o aumento da carga aplicada ao grupo gerador. Esta tendência está

de acordo com a Razão Ar/Combustível nas Figs. 5.13 e 5.4. A formação de CO2

aumenta à medida que a mistura ar-combustível se aproxima da relação

estequiométrica. A quantidade de CO2 cresce discretamente com o aumento da

concentração de biodiesel no combustível. Ao se comparar a emissão de CO2 para

cada mistura com o óleo diesel mineral, observa-se que o biodiesel de mamona

78

produziu menor quantidade de CO2 que o biodiesel de soja. A menor diferença

percentual, -3,89%, medida para B5M e a maior, 1,48%, medida para B85S.

Carregando o gerador com 28,64 kW a menor diferença percentual medida foi

0,85%, para B5M, e a maior 0,72%, para B85S.

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

1.02.03.04.05.0

6.07.08.09.0

10.0

CO

2 (%

)

KB0MB5M.B20M3B35M

Figura 5.17: Concentração de dióxido de carbono na exaustão com o motor

operando com biodiesel de mamona.

79

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

1.02.03.04.05.0

6.07.08.09.0

10.0

CO

2 (%

)

KB0MB5S.B20S3B35S$B50S(B85S

Figura 5.18: Concentração de dióxido de carbono na exaustão com o motor

operando com biodiesel de soja.

5.4.2 Concentração de Monóxido de Carbono

A concentração de CO na exaustão de motores de combustão interna com

ignição por compressão é relativamente baixa, quando comparada com os motores

com ignição por centelha, uma vez que os motores diesel operam com misturas

pobres. A taxa de formação de CO aumenta com o aumento do volume de

combustível injetado em relação à massa de ar admitida. A formação de CO é

conseqüência da queima incompleta do combustível. A principal causa da formação

de CO em motores diesel é a reduzida atomização do combustível, resultando em

oxigenação insuficiente. As Figs. 5.19 e 5.20 mostram a redução da emissão de CO

na exaustão com o aumento da carga aplicada. Ainda, o aumento da concentração

de biodiesel na mistura provoca o aumento da emissão de CO.

80

0 5 10 15 20 25 30POTÊNCIA (kW)

100

150

200

250

300

350

400

CO

(ppm

)

KB0MB5M.B20M3B35M

Figura 5.19: Variação da concentração de monóxido de carbono na exaustão com a

carga aplicada ao motor operando com biodiesel de mamona.

0 5 10 15 20 25 30POTÊNCIA (kW)

100

150

200

250

300

350

400

CO

(ppm

)


Figura 5.20: Variação da concentração de monóxido de carbono na exaustão com o

operando com biodiesel de soja.

81

5.4.3 Concentração de Oxigênio

A presença de oxigênio na exaustão se reduz à medida que a mistura é

enriquecida ou em caso de combustão incompleta. A tendência observada nas Figs.

5.21 e 5.22, quando comparada com a Razão Ar/Combustível mostrada nas Figs.

5.13 e 5.14, indica a Possibilidade de haver combustão incompleta para a operação

com biodiesel. Para uma carga fixa a quantidade de oxigênio na exaustão aumenta

com o aumento da concentração de biodiesel na mistura. As misturas com biodiesel

de mamona apresentam um nível de oxigênio na exaustão ligeiramente maior que as

misturas com biodiesel de soja – Figs. 5.21 e 5.22. Este resultado é uma

conseqüência de menor Razão Ar/Combustível das misturas de biodiesel de

mamona em relação ao biodiesel de soja (ver Figs. 5.13 e 5.14).

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

O2 (

%)

KB0MB5M.B20M3B35M

Figura 5.21: Variação da concentração de oxigênio na exaustão com o operando

com biodiesel de mamona.

82

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

O2 (

%)


Figura 5.22: Variação da concentração de oxigênio na exaustão com o operando

com biodiesel de soja.

5.4.4 Concentração de Hidrocarbonetos

A presença de hidrocarbonetos na exaustão evidencia a queima incompleta

do combustível. Além dos hidrocarbonetos totais mediu-se, também, a concentração

de metano. Os hidrocarbonetos se apresentam em concentração crescente quando

o gerador está com carga elevada ou baixa – Figs. 5.23 e 5.24. Com cargas baixas,

a mistura é pobre (ver Figs. 5.13 e 5.14) e pode ocorrer reação lenta e,

eventualmente, extinção da chama. Com cargas elevadas, a mistura é enriquecida

(ver Figs. 5.13 e 5.14) e pode ocorrer a extinção da chama devido ao resfriamento

mais rápido da câmara de combustão pela evaporação do combustível.

83

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

120

160

200

240

280

320

360

HC

(ppm

)

KB0MB5M.B20M3B35M

Figura 5.23: Variação da concentração de hidrocarbonetos totais na exaustão com o

motor operando com biodiesel de mamona.

0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)

120

160

200

240

280

320

360

HC

(ppm

)


Figura 5.24: Variação da concentração de hidrocarbonetos totais na exaustão com o

motor operando com biodiesel de soja.

84

5.4.5 Concentração de Óxidos de Nitrogênio

A formação de óxidos de nitrogênio (NOX) aumenta com a temperatura da

combustão e depende da disponibilidade de oxigênio. O NOX corresponde ao grupo

formado por óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2). A Fig. 5.25 mostra

resulstados obtidos em testes com biodiesel de óleo de fritura. Observa-se um

aumento na concentração de NOx com o aumento da carga aplicada ao motor. Com

o enriquecimento da mistura, que permanece pobre em relação à estequiometria,

maiores pressões e temperaturas são atingidas na câmara devido à combustão de

maior massa de combustível. Assim, a formação de NOX se intensifica. A presença

de O2 na molécula do biodiesel pode ser responsável pelo leve incremento

observado para as misturas de biodiesel em relação a B0, para uma carga fixa.

0 5 10 15 20 25POTÊNCIA (kW)

100

200

300

400

500

600

700

800

900

NO

X (p

pm)

KB0MB25F.B50F4B75F

Figura 5.25: Variação da concentração de óxidos de nitrogênio na exaustão com o

motor operando com biodiesel de óleo de fritura.

85

5.4.6 Opacidade do Gás de Exaustão

Nota-se na Fig. 5.26 que as misturas com menor concentração de biodiesel

apresentam uma tendência para produzir maior quantidade de fuligem que o diesel

mineral. Contudo, o combustível B75F apresentou o menor nível de opacidade no

gás de exaustão. Considerando que T85 – temperatura de 85% de volume

evaporado – é 340,2°C para B85F e para B0 é 343,5°C estes resultados são

coerentes, contudo não permitem uma firme conclusão sobre os efeitos do biodiesel

sobre a emissão de fuligem. Cumpre ressaltar que a fuligem produzida pela

combustão do biodiesel é oleosa e, em contato com os prismas de proteção das

células transmissora e receptora de luz do opacímetro, formam depósitos que

interferem na medição. Para a obtenção dos valores apresentados na Fig. 5.26 os

prismas do opacímetro foram limpos ao final de cada teste.

0 5 10 15 20 25POTÊNCIA (kW)

05

101520253035404550

ÍND

ICE

DE

OPA

CID

ADE

(%) KB0

MB25F.B50F4B75F

Figura 5.26: Variação da opacidade do gás de exaustão com o motor operando com

biodiesel de óleo de fritura.

86

6 CONCLUSÕES

6.1 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS COMBUSTÍVEIS

• Todas as misturas contendo biodiesel utilizadas apresentam maior massa

específica que o óleo diesel mineral. O biodiesel de mamona e o biodiesel de

óleo de fritura ultrapassam o limite estabelecido para uso metropolitano, 865

kg/m3, quando sua concentração é maior que 10%, e o limite para uso no

interior, 880 kg/m3, quando sua concentração é maior que 20%. O biodiesel

de soja tem a massa específica mais próxima do óleo mineral, superando o

limite do óleo combustível metropolitano quando sua concentração é 25% e o

limite para uso no interior na concentração de 82%.

• O biodiesel de soja – B100S – tem viscosidade cinemática, a 40°C, abaixo do

limite de 5 cm2/s. Já o biodiesel de óleo de fritura supera este limite quando

sua concentração é maior que 20%. O biodiesel de mamona supera o limite

de viscosidade para concentrações maiores que 35%.

• A volatilidade de biodiesel de mamona foi medida para as concentrações de

25 e 75% e biodiesel de óleo de fritura nas concentrações de 25, 50 e 75%.

Todas as amostras apresentaram-se abaixo do limite máximo de 360°C

previsto em norma para o teste de 90% de volume evaporado – T90. Quanto

ao teste de 50% de volume evaporado – T50 –, o biodiesel de óleo de fritura e

o biodiesel de mamona ultrapassam o limite de 310°C quando sua

concentração é maior que 25% e 50%, respectivamente.

87

• Todas as amostras de biodiesel apresentaram teor de enxofre inferior ao

estabelecido pelas normas vigentes para aplicações metropolitanas, de 500

mg/kg. Misturas com concentrações de biodiesel de óleo de fritura e de

mamona superiores a 85% permitem reduzir o teor de enxofre a valores

inferiores a 50 mg/kg, atendendo as especificações estabelecidas para o

combustível diesel pelas leis mais rigorosas praticadas na Europa.


• Os testes mostraram que o consumo de combustível do motor aumenta

quando este é alimentado com biodiesel de soja ou de mamona. Mostram,

ainda, que, para o motor girando sem carga, este consumo atinge 16,24%

para B85S comparado com B0. Quando o motor é carregado com a carga de

38,91 kW está diferença se reduz para 9,69%. O biodiesel de mamona

apresentou menor consumo de combustível que o biodiesel de soja para

todas as concentrações de mistura.

• Os resultados mostraram que o motor trabalha com mistura mais rica, ou seja,

menor Relação Ar/Combustível, quando abastecido com misturas de

biodiesel. A mistura se torna mais rica na medida em que o motor é

carregado.

• O motor apresentou o menor consumo específico de combustível (SFC)

quando o gerador foi carregado com 28,64 kW. Em geral, o consumo

específico cresce com o aumento da concentração de biodiesel no

combustível. O biodiesel de mamona supera o consumo específico do óleo

88

diesel mineral em até 2,83%, para a mistura contendo 35% de biodiesel –

B35M. Com biodiesel de soja o motor apresenta um consumo específico

6,54% maior que o do óleo diesel mineral quando a concentração de biodiesel

na mistura é de 85% - B85S.

6.3 EMISSÃO DE GASES POLUENTES

• As misturas contendo biodiesel de mamona ou de soja apresentaram

concentrações de CO2 próximas das do óleo diesel mineral.

• Os testes mostraram que o nível de monóxido de carbono é maior para as

misturas contendo biodiesel em relação ao óleo diesel mineral. O biodiesel de

mamona apresentou menor nível de emissão de monóxido de carbono que o

biodiesel de soja.

• O biodiesel, para todas as misturas, apresentou uma quantidade maior de

oxigênio na exaustão que o óleo diesel mineral. Tal fato pode ser atribuído à

existência de combustão incompleta com a utilização do biodiesel ou a

presença de oxigênio no biodiesel.

• Em geral, a concentração de hidrocarbonetos aumenta com a concentração

de biodiesel na mistura. Contudo, para misturas contendo elevado teor de

biodiesel de soja (B35S, B50S e B85S) houve uma indicação da redução das

emissões de hidrocarbonetos para baixas cargas.

• Os testes realizados com biodiesel de óleo de fritura mostram um aumento da

presença de óxidos de nitrogênio – NOX – nos gases de exaustão quando a

concentração de biodiesel aumenta.

89

• A opacidade do gás de exaustão, indicativo da quantidade de fuligem

produzida, aumenta para concentrações de biodiesel de óleo de fritura de 25

e 50%, mas foi reduzida para a concentração de 75% de biodiesel na mistura.

A opacidade aumenta para maior energia elétrica gerada.

6.4 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

• Como sugestão para trabalho futuro, sugere-se realizar os testes de consumo

de combustível e emissões com o ajuste do sistema de injeção de

combustível otimizado para cada mistura testada.

• Sugere-se, ainda, a investigação a compatibilidade do biodiesel com os

materiais presentes no sistema de alimentação de combustível, análise da

formação de depósitos e a medição das emissões de material particulado e

de frações orgânicas solúveis (SOF), como os aldeídos.

• Outro estudo necessário é a revisão da metodologia de determinação do

índice de cetano para misturas de biodiesel.

90

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• http://www.ufop.de/

• http://www.biodiesel.org/buyingbiodiesel/retailfuelingsites/

94

APÊNDICE A – ANÁLISE DE INCERTEZAS

Os experimentos para medição de consumo de combustível e de emissões

foram realizados variando-se a carga ligada ao gerador de energia elétrica. As

incertezas destas grandezas foram calculadas e, para simplificação, são

apresentados como valores máximos ou médios, dependendo de sua importância

para o objeto deste trabalho.

A.1 INCERTEZA DA POTÊNCIA

A potência foi calculada a partir dos valores medidos de tensão e corrente. A

incerteza da medida da tensão é de 0,1 V e da corrente 0,1 A. A potência trifásica

em um circuito equilibrado é calculada por:

VIP 33 =Φ (A.1)

onde:

( )Θ3P potência trifásica (W)

V tensão (V)

I corrente (A)

A incerteza da potência é dada pela expressão (Kline e McClintock, 1953):

95

22

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

= IVp IIPI

VPI (A.2)

Os valores máximos das potências medidas e as incertezas são apresentadas

na Tabela A.1.

Tabela A.1 – Valores Máximos de Potências e Incertezas

VALOR NOMINAL

(kW)

VALOR MÉDIO

(kW)

INCERTEZA - IP

(kW)

0 0,00 0,000

10 10,00 0,023

20 19,44 0,023

27,5 26,43 0,023

30 28,77 0,023

37,5 36,23 0,024

40 38,91 0,024

96

A.2 INCERTEZA DO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL

O consumo de combustível é avaliado pela taxa de escoamento de massa de

combustível, dado necessário para análise da razão ar-combustível e consumo

específico de combustível – SFC. Ambas análises são apresentadas a seguir.

A.2.1 Incerteza da Taxa de Escoamento de Massa de Combustível

A massa de combustível consumida para a geração de energia foi medida

diretamente da balança, cujo erro máximo de leitura é de 0,2%. Utilizou-se três

pesagens e o valor médio foi anotado. A incerteza máxima é dada por:

32,02,02,02,0 222VMVM II →++= (A.3)

Tabela A.2 – Vazão mássica e incertezas associadas para os combustíveis

testados.

POTÊNCIA

(kW)

Vazão Mássica

(kg/h)

Incerteza

I

0,00 1,96 0,01

10,00 3,48 0,01

19,44 5,27 0,02

28,73 7,70 0,03

38,91 11,66 0,04

97

A.2.2 Incerteza do Consumo Específico de Combustível

O consumo específico de combustível é calculado por:

PmSFC&

= (A.4)

A sua incerteza combinada é expressa por (Kline e McClintock, 1953):

( ) ( )mPSFC IPmIPI 221 −− −+ & (A.5)

A Tabela A.3 apresenta as incertezas associadas ao consumo específico de

combustível para os combustíveis testados.

Tabela A.3 – Consumo especifico de combustível e incerteza associada para os

combustíveis testados.

POTÊNCIA

(kW)

BF

(kg/Kw.h)

Incerteza

IBF

10,00 0,36 1,03

19,44 0,28 1,10

28,73 0,27 1,41

38,91 0,30 2,54

98

A.3 INCERTEZA DAS MEDIÇÕES DOS GASES DE EXAUSTÃO

Os gases de exaustão mensurados e cujas incertezas apresentam-se a seguir

são CO2, CO, O2 e HC. Da fuligem, NO e NOX não se calculou as incertezas visto

que os testes realizados são parciais, reduzidos em número e, portanto, não

conclusivos.

A3.1 Incerteza Das Medições De Dióxido De Carbono

O equipamento de medição de CO2 tem resolução de leitura de 0,01%,

linearidade de ± 1% e repetibilidade de ± 0,5%. A incerteza padrão é dada pela

expressão:

2222 peflepCO rlrI ++= (A.6)

onde

2pCOI incerteza padrão de CO2 (%)

fler produto da resolução da leitura pela concentração lida (%)

l lineraridade da leitura (%)

r repetibilidade da leitura (%)

A incerteza da medida é dada por:

2222 pefleCO rlrI ++= (A.7)

99

onde

2COI incerteza média de CO2 (%)

σ desvio padrão da leitura (%)

2COPI incerteza padrão média (%)

Os valores calculados são mostrados a seguir na Tabela A.4.

Tabela A.4: Incerteza da medição de CO2 para os combustíveis testados.

Potência

(kW)

VALOR

MÉDIO (%)

DESVIO

PADRÃO ICO2

0,00 1,80 0,00 0,02

9,79 3,32 0,00 0,04

19,28 5,11 0,00 0,06

28,84 7,36 0,00 0,08

35,83 9,79 0,00 0,11

A.3.2 Incerteza das Medições de Monóxido de Carbono

O equipamento de medição de CO tem uma resolução de leitura de 1 ppm,

linearidade de ± 1% e repetividade de ± 1%. A incerteza padrão é dada pela

expressão:

222pefleCO rlrI ++= (A.8)

100

onde

pCOI incerteza padrão de CO (ppm)

fler produto da resolução da leitura pela concentração lida (ppm)

l lineraridade da leitura (ppm)

r repetibilidade da leitura (ppm)


(A.9)

onde

COI incerteza média de CO (ppm)

σ desvio padrão da leitura (ppm)

COPI incerteza padrão média (ppm)

Os valores calculados são mostrados na Tabela A.5 a seguir.

Tabela A.5: Incerteza da medição de CO para os combustíveis testados.

Potência

(kW)

VALOR

MÉDIO

(ppm)

σCO ICOB0

0,00 315,67 29,21 58,83

9,79 252,00 25,09 47,87

19,28 123,67 22,46 30,08

28,84 83,33 20,35 24,41

35,83 593,33 22,73 98,65

101

A.3.3 Incerteza das Medições de Oxigênio

O equipamento de medição de O2 tinha uma resolução de leitura de 0,1% e

repetividade de ± 1%. O ar atmosférico foi usado como gás de referência. A

incerteza padrão é dada pela expressão:

2222 pefleO rlrI ++= (A.10)

onde

2pOI incerteza padrão de O2 (%)

fler produto da resolução da leitura pela concentração lida (%)

l lineraridade da leitura (%)

r repetibilidade da leitura (%)


2222 pOO II += σ (A.11)

onde

2OI incerteza média de O2 (%)

σ desvio padrão da leitura (%)

2OPI incerteza padrão média (%)

Os valores calculados são mostrados na Tabela A.6 a seguir.

102

Tabela A.6: Incerteza da medição de O2 para os combustíveis testados.

Potência

(kW)

VALOR

MÉDIO

(ppm)

σO2 IO2

0,00 17,00 0,01 0,12

9,79 15,23 0,00 0,11

19,28 13,17 0,01 0,09

28,84 10,63 0,01 0,08

35,83 7,97 0,01 0,06

A.3.4 Incerteza das Medições de Hidrocarbonetos

O equipamento utilizado para medir os hidrocarbonetos totais tinha resolução de

leitura de 1 ppm, linearidade 1% e repetividade ± 0,5%. A incertezas da medição

de hidrocarbonetos é dada por:

222peflepHC rlrI ++= (A.12)

onde

pHCI incerteza padrão de HC (ppm)

fler produto da resolução da leitura pela concentração lida (ppm)

l lineraridade da leitura (ppm)

r repetibilidade da leitura (ppm)

103


222pefleHC rlrI ++= (A.13)

onde:

HCI incerteza média de HC (ppm)

σ desvio padrão da leitura (ppm)

HCPI incerteza padrão média (ppm)

Os valores calculados são mostrados a seguir.

Tabela A.7: Incerteza da medição de HC para os combustíveis testados.

Potência

(kW)

VALOR

MÉDIO

(ppm)

σHC IHC

0,00 157,50 1,17 1,66

9,79 135,00 0,97 1,40

19,28 138,00 1,01 1,44

28,84 143,00 1,09 1,53

35,83 235,50 1,82 2,53

104

APÊNDICE B – TESTES DE CONSUMO

Tabela B.1: Consumo B0 VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00

Ar Entrada P.O. °C 21,14 28,89 28,94 16,57 28,55 20,69 29,23

Ar Filtro °C 21,57 29,22 28,96 18,04 28,33 22,48 29,22

Gases de Eaxaustão °C 143,52 241,54 326,44 388,49 427,98 575,26 596,03

Conbustível °C 27,34 33,57 35,09 26,58 30,37 34,53 34,18

Consumo kg/h 1,89 3,44 5,33 7,00 7,58 9,25 11,40

Pressão Entrada P.O. mmH20 83 80 78 79 79 76 76

Queda de Pressão P.O. mmH20 44 43 37 41 43 40 42

Corrente A 0,00 25,35 50,53 68,91 75,45 93,88 102,20 Tensão V 220,10 219,80 219,60 219,10 219,20 218,80 219,80

Potência kVA 0,00 9,65 19,22 26,15 28,65 35,58 38,91 Pressão mmHg 693 693 693 700 693 700 693

Temp. Ambiente ºC 26,0 29,0 30,0 27,0 28,5 31,0 29,5

Humidade Relativa % 30,5 25,2 23,5 22,8 25,7 20,8 22,5

Patm mbar 920 919 919 929 919 928 919 DP1 mmH2O 83 80 78 79 79 76 76 DP mmH2O 44 43 37 41 43 40 42

Rho1 kg/m3 1,09 1,06 1,06 1,12 1,07 1,10 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21

Epson 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 157,90 154,25 143,37 154,45 154,55 151,41 152,61 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 144,46 144,90 134,62 138,31 144,76 137,80 143,43 v m/s 11,73 11,77 10,93 11,23 11,75 11,19 11,65

Mu1x10^5 kg/m.s 1,82 1,86 1,86 1,81 1,86 1,83 1,86 Re 46371,1 44413,6 41308,6 45779,0 44602,0 44357,6 43941,3

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

105


Ar Entrada P.O. °C 24,94 27,63 16,23 16,09 28,55 14,70 15,46

Ar Filtro °C 24,84 27,69 17,79 18,33 28,57 16,51 16,78


Conbustível °C 28,53 33,62 26,80 28,10 31,02 25,11 22,45

Consumo kg/h 1,93 3,47 5,35 7,43 7,38 9,48 12,41



Corrente A 0,00 25,18 50,95 69,06 76,41 95,29 94,66 Tensão V 220,10 229,18 220,30 219,20 220,20 219,50 218,40 Potência kVA 0,00 10,00 19,44 26,22 29,14 36,23 35,81 Pressão mmHg 693 692 691 700 693 691 691

Temp. Ambiente ºC 25,5 28,0 26,0 28,0 27,5 23,5 22,5

Humidade Relativa % 34,3 29,9 30,7 23 28,6 34,6 39,1


Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,10 1,12 1,07 1,11 1,11 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21

Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 146,01 154,43 153,38 150,60 152,65 151,81 153,53 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 135,06 144,54 138,95 135,02 143,10 136,88 138,52 v m/s 10,97 11,74 11,28 10,96 11,62 11,11 11,25

Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,81 1,81 1,86 1,80 1,80 Re 42516,2 44640,0 45493,0 44603,3 44026,7 45181,4 45659,3

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

106


Ar Entrada P.O. °C 23,46 25,23 26,24 16,52 26,38 17,47 28,69

Ar Filtro °C 23,65 25,83 26,83 18,54 26,47 19,61 29,01


Conbustível °C 30,60 32,91 35,69 28,09 31,80 31,18 36,16

Consumo kg/h 1,98 3,52 5,28 6,94 7,52 9,44 10,91





Temp. Ambiente ºC 21,5 30,0 31,0 28,0 22,5 29,0 32,0

Humidade Relativa % 28,9 21,2 19,3 27,2 22,9 25,4 17


Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,07 1,11 1,07 1,10 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,83 1,85 1,85 1,81 1,85 1,82 1,86 Re 44288,4 42344,8 42155,2 42634,3 43292,6 41858,3 40713,6

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

107

Tabela B.4: Consumo B5S VARIÁVEL

MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1

CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00

Ar Entrada P.O. °C 28,47 27,87 28,27 16,43 28,46 17,48 28,39

Ar Filtro °C 28,34 28,23 29,00 18,52 28,33 19,53 28,66


Conbustível °C 29,80 34,63 36,91 26,92 31,80 31,08 35,27

Consumo kg/h 2,03 3,76 5,38 6,90 7,80 9,60 12,84

Pressão Entrada P.O. mmH20 80,00 79,00 78,00 79,00 77,00 77,00 75,00

Queda de Pressão P.O. mmH20 40,00 38,00 37,00 40,00 38,00 37,00 32,00



Temp. Ambiente ºC 30 31,5 38 28 30 30 31,5

Humidade Relativa % 31,2 30,1 29,4 23,7 29,5 21 29,1

Patm mbar 913,63 912,05 912,31 928,55 912,30 928,21 912,05 DP1 mmH2O 80 79 78 79 77 77 75 DP mmH2O 40 38 37 40 38 37 32

Rho1 kg/m3 1,06 1,06 1,06 1,11 1,06 1,11 1,06 D mm 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,86 1,86 1,86 1,81 1,86 1,82 1,86 Re 42837,01 41772,67 41117,76 45121,91 41783,37 43239,09 38334,60

Re min. 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50

108

Tabela B.5: Consumo B5S VARIÁVEL


CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00

Ar Entrada P.O. °C 25,04 26,03 26,10 25,63 25,86 18,31 25,87

Ar Filtro °C 25,26 26,81 26,90 25,41 26,38 20,38 26,70


Conbustível °C 29,49 34,96 36,53 24,21 31,99 31,96 35,47

Consumo kg/h 2,03 3,50 5,35 7,19 7,08 9,72 12,70





Temp. Ambiente ºC 28,5 31 32 25 30,5 27,5 32

Humidade Relativa % 34,8 29 28,4 29,8 29,2 29,8 26,2


Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,07 1,09 1,07 1,11 1,07 D mm 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,85 1,84 1,85 1,82 1,85 Re 44071,99 42156,60 39350,58 44315,80 42253,32 44170,43 41132,46

Re min. 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50

109

Tabela B.6: Consumo B5S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00

Ar Entrada P.O. °C 16,85 17,76 17,75 16,26 18,67 20,20 19,79

Ar Filtro °C 18,20 19,57 19,73 18,61 20,33 22,55 21,58


Conbustível °C 27,79 33,29 33,89 27,97 30,57 37,16 33,91

Consumo kg/h 1,94 3,49 5,43 6,86 7,60 9,62 11,45





Temp. Ambiente ºC 26,5 28,5 29 28 27,5 30 29



Rho1 kg/m3 1,10 1,10 1,10 1,11 1,10 1,10 1,09 D mm 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,81 1,82 1,82 1,81 1,82 1,83 1,82 Re 46949,4 46221,9 45694,5 43413,0 45044,8 44353,0 44275,7

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

110


Ar Entrada P.O. °C 24,75 24,12 23,78 16,86 24,98 19,4 24,11

Ar Filtro °C 24,73 24,72 24,99 19,09 25,54 21,3 25,31


Conbustível °C 28,50 33,73 36,28 29,80 31,39 35,0 34,98

Consumo kg/h 2,06 3,58 6,05 7,13 7,72 9,4 14,83

Pressão Entrada P.O. mmH20 81 79 79 79 78 78,0 76

Queda de Pressão P.O. mmH20 40 39 35 39 38 39,0 32


Potência kVA 0,00 9,56 19,16 26,28 28,70 35,6 38,38 Pressão mmHg 688 687 687 693 687 694,0 687

Temp. Ambiente ºC 27,5 29,5 30,5 29 29,5 30,0 30


Patm mbar 912,7 911,1 910,9 919,1 911,1 920,3 911,0 DP1 mmH2O 81 79 79 79 78 78,0 76 DP mmH2O 40 39 35 39 38 39,0 32

Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,07 1,10 1,07 1,09 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66,0 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,6 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,2 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,84 1,84 1,81 1,84 1,8 1,84 Re 43547,8 42989,3 40726,5 44207,3 42326,9 43835,8 38926,0

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

111


Ar Entrada P.O. °C 25,70 26,10 25,36 14,76 26,75 17,73 25,51

Ar Filtro °C 26,16 26,88 26,19 16,68 27,18 19,85 25,82


Conbustível °C 32,97 36,35 35,22 26,59 34,33 33,59 34,67

Consumo kg/h 2,08 3,55 5,38 7,14 7,55 9,94 12,26





Temp. Ambiente ºC 30 31,5 31 25,5 31 29 29,5



Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,07 1,12 1,07 1,11 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,85 1,85 1,80 1,85 1,82 1,84 Re 42771,6 43198,2 42823,2 46565,4 42091,3 44291,3 41809,5

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

112


Ar Entrada P.O. °C 17,31 18,25 21,68 15,43 18,40 18,30 20,97

Ar Filtro °C 18,49 19,58 22,93 17,33 19,63 20,48 22,09


Conbustível °C 29,41 30,48 34,08 25,63 29,26 32,76 32,26

Consumo kg/h 1,97 3,50 5,34 7,88 7,60 9,80 12,00



Corrente A 0,00 25,19 50,45 69,06 75,60 93,50 101,00 Tensão V 219,70 219,80 219,80 219,30 219,70 218,60 219,80 Potência kVA 0,00 9,59 19,21 26,23 28,77 35,40 38,45 Pressão mmHg 692 692 691 699 691 700 691

Temp. Ambiente ºC 21,5 28 30 25,5 26 29 28

Humidade Relativa % 35,1 31 28,7 30,3 37,1 25,5 28,7


Rho1 kg/m3 1,10 1,10 1,08 1,12 1,10 1,11 1,09 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,81 1,82 1,83 1,80 1,82 1,82 1,83 Re 45881,9 45683,1 42850,3 44733,5 45620,9 44173,8 43027,0

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

113


Ar Entrada P.O. °C 26,64 27,52 28,14 27,98 27,19 31,31 27,16

Ar Filtro °C 26,48 27,99 28,97 27,50 27,65 30,87 27,60


Conbustível °C 30,47 34,61 37,25 24,31 32,61 29,31 35,36

Consumo kg/h 1,07 3,63 5,49 6,94 7,73 9,85 14,09





Temp. Ambiente ºC 28 31 32 27 29,5 30 31,5



Rho1 kg/m3 1,07 1,06 1,06 1,08 1,06 1,07 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,86 1,86 1,85 1,85 1,87 1,85 Re 43283,9 41372,2 42265,9 41211,7 40874,5 42831,4 40878,6

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

114


Ar Entrada P.O. °C 27,90 28,41 28,86 15,94 28,79 17,34 27,84

Ar Filtro °C 27,94 28,94 29,31 17,96 28,97 19,33 27,90


Conbustível °C 33,12 37,66 38,42 27,96 34,97 32,69 36,70

Consumo kg/h 1,95 3,58 5,57 6,93 7,74 9,86 12,05





Temp. Ambiente ºC 30 33 34 27 32 28,5 32

Humidade Relativa % 28,9 27,1 25,3 28,4 28 26,6 25,8


Rho1 kg/m3 1,07 1,06 1,06 1,12 1,06 1,11 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,86 1,86 1,86 1,81 1,86 1,81 1,85 Re 42988,7 41751,7 41162,7 46847,7 41250,5 44949,1 41423,3

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

115


Ar Entrada P.O. °C 19,29 21,32 20,43 17,33 21,32 18,30 21,31

Ar Filtro °C 20,43 22,77 21,32 19,74 22,77 20,61 22,94


Conbustível °C 29,87 31,90 30,12 29,02 31,90 36,03 34,76

Consumo kg/h 2,00 4,31 5,50 7,33 7,40 9,74 13,42





Temp. Ambiente ºC 28,5 30,5 30 29 29,5 30,5 30



Rho1 kg/m3 1,10 1,09 1,06 1,11 1,09 1,11 1,09 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,82 1,83 1,86 1,82 1,83 1,82 1,83 Re 47572,4 46135,4 41162,7 44863,4 46124,1 44145,3 45083,9

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

116


Ar Entrada P.O. °C 18,98 20,19 20,62 16,76 20,18 17,02 20,57

Ar Filtro °C 20,12 21,64 22,16 19,09 21,48 19,22 22,03


Conbustível °C 32,18 34,77 34,08 31,20 32,06 33,51 34,81

Consumo kg/h 2,30 3,71 5,37 7,49 7,93 10,04 11,78





Temp. Ambiente ºC 27,5 29 29 28,5 29 29 30



Rho1 kg/m3 1,10 1,09 1,09 1,11 1,09 1,11 1,09 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,82 1,83 1,83 1,81 1,82 1,81 1,83 Re 45009,0 44762,4 46229,2 44434,3 45885,5 44417,5 44162,3

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

117


Ar Entrada P.O. °C 25,73 27,34 28,61 16,59 27,68 18,54 28,82

Ar Filtro °C 25,78 27,65 28,92 18,53 27,61 20,53 28,86


Conbustível °C 31,83 34,41 35,06 28,03 32,14 33,43 34,82

Consumo kg/h 2,90 3,61 5,49 7,39 8,34 10,15 14,78





Temp. Ambiente ºC 26,5 30 33 28 27,5 29 31



Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,06 1,12 1,06 1,11 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,86 1,81 1,85 1,82 1,86 Re 42110,9 42511,7 41802,1 46224,0 42474,1 44720,5 40724,5

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

118


Ar Entrada P.O. °C 24,41 17,07 18,16 18,06 22,01 16,07 21,16

Ar Filtro °C 24,35 18,73 20,10 20,61 23,05 18,25 22,45


Conbustível °C 26,15 31,78 34,29 30,78 28,83 32,71 32,54

Consumo kg/h 2,09 3,77 5,50 7,33 7,98 10,07 10,82





Temp. Ambiente ºC 25 27 28,5 30,5 27 28 27,5



Rho1 kg/m3 1,08 1,10 1,10 1,11 1,09 1,12 1,08 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,81 1,82 1,82 1,83 1,81 1,83 Re 45219,2 45851,8 42883,7 41851,0 44502,7 44611,3 43928,5

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

119


Ar Entrada P.O. °C 29,73 28,13 28,60 17,45 29,35 16,42 29,13

Ar Filtro °C 29,38 28,42 28,96 19,46 29,25 18,70 29,57


Conbustível °C 27,30 34,37 36,89 25,43 31,25 30,04 35,70

Consumo kg/h 2,17 3,82 5,78 7,64 7,94 10,03 11,54





Temp. Ambiente ºC 29 31 33 27 31 28 31,5



Rho1 kg/m3 1,05 1,06 1,05 1,11 1,05 1,11 1,05 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,86 1,86 1,86 1,81 1,86 1,81 1,86 Re 42625,0 42305,5 41656,4 45486,4 41651,1 42233,1 41031,1

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

120


Ar Entrada P.O. °C 18,98 20,19 20,62 16,76 20,18 17,02 20,57

Ar Filtro °C 20,12 21,64 22,16 19,09 21,48 19,22 22,03


Conbustível °C 32,18 34,77 34,08 31,20 32,06 33,51 34,81

Consumo kg/h 2,30 3,71 5,37 7,49 7,93 10,04 11,78





Temp. Ambiente ºC 27,5 29 29 28,5 29 29 30



Rho1 kg/m3 1,10 1,09 1,09 1,11 1,09 1,11 1,09 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,82 1,83 1,83 1,81 1,82 1,81 1,83 Re 45009,0 44762,4 46229,2 44434,3 45885,5 44417,5 44162,3

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

121


Ar Entrada P.O. °C 25,86 27,03 24,02 26,91 26,39 30,63 25,74

Ar Filtro °C 25,66 27,38 24,82 26,66 26,54 30,42 26,45


Conbustível °C 27,36 34,65 37,66 25,30 30,37 29,33 35,51

Consumo kg/h 1,97 3,46 5,26 7,19 7,35 9,76 10,91





Temp. Ambiente ºC 26,5 30 31 27 28,5 29,5 30

Humidade Relativa % 22,5 20 21 23,3 18,2 20,3 18,5


Rho1 kg/m3 1,07 1,06 1,07 1,07 1,07 1,06 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,84 1,85 1,85 1,87 1,85 Re 43861,6 43057,7 43027,4 43889,0 43276,7 42183,3 42177,3

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

122

Tabela B.19: Consumo B5M VARIÁVEL


CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00

Ar Entrada P.O. °C 25,86 27,03 24,02 26,91 26,39 30,63 25,74

Ar Filtro °C 25,66 27,38 24,82 26,66 26,54 30,42 26,45

Gases de Eaxaustão

°C 142,81 231,95 323,58 411,95 423,67 572,29 592,65

Conbustível °C 27,36 34,65 37,66 25,30 30,37 29,33 35,51

Consumo kg/h 1,97 3,46 5,26 7,19 7,35 9,76 10,91

Pressão Entrada P.O.

mmH20 69 80 79 79 78 75 75

Queda de Pressão P.O.

mmH20 41 40 39 41 40 39 38

Corrente A 0 25,12 50,45 69,64 75,45 94,21 100,8

Tensão V 219,8 219,8 219,3 219,1 219,1 219 219

Potência kVA 0 9,563304 19,16286 26,42785 28,6327 35,73565 38,23537

Pressão mmHg 688 688 689 693 689 694 688

Temp. Ambiente ºC 26,5 30 31 27 28,5 29,5 30

Humidade Relativa % 22,5 20 21 23,3 18,2 20,3 18,5

Patm mbar 912,8779 912,3013 913,4624 919,4292 913,8748 920,3405 912,3013

DP1 mmH2O 69 80 79 79 78 75 75

DP mmH2O 41 40 39 41 40 39 38

Rho1 kg/m3 1,07 1,06 1,07 1,07 1,07 1,06 1,07

D mm 66 66 66 66 66 66 66

d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5

C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62

E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21

Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99

m kg/h 150,95 148,84 147,76 151,43 149,27 146,95 145,45

m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

Q m3/h 141,25 140,00 137,64 141,02 139,81 138,48 136,46

v m/s 11,47 11,37 11,18 11,45 11,35 11,24 11,08

Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,84 1,85 1,85 1,87 1,85

Re 43861,62 43057,69 43027,43 43889,01 43276,72 42183,28 42177,29

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

123

Tabela B.20: Consumo B5M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00

Ar Entrada P.O. °C 27,78 28,57 25,91 17,99 28,51 18,49 28,69

Ar Filtro °C 27,75 29,10 25,19 19,50 28,57 20,38 29,01


Conbustível °C 30,79 35,71 29,94 31,40 32,72 31,77 36,16

Consumo kg/h 1,91 3,46 5,23 6,84 7,37 9,46 11,64





Temp. Ambiente ºC 28,5 31 32 29 29,5 29,5 31



Rho1 kg/m3 1,06 1,06 1,10 1,12 1,06 1,11 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,86 1,81 1,81 1,86 1,82 1,86 Re 43522,9 46296,2 45493,0 44603,3 42890,5 44171,0 41736,6

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

124


Ar Entrada P.O. °C 24,94 27,63 16,23 16,09 28,55 14,70 15,46

Ar Filtro °C 24,84 27,69 17,79 18,33 28,57 16,51 16,78


Conbustível °C 28,53 33,62 26,80 28,10 31,02 25,11 22,45

Consumo kg/h 1,93 3,47 5,35 7,43 7,38 9,48 12,41





Temp. Ambiente ºC 25,5 28 26 28 27,5 23,5 22,5



Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,10 1,12 1,07 1,11 1,11 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,81 1,81 1,86 1,80 1,80 Re 42516,2 44640,0 45493,0 44603,3 44026,7 45181,4 45659,3

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

125


Ar Entrada P.O. °C 26,19 29,54 29,32 17,80 29,67 18,47 31,34

Ar Filtro °C 25,82 29,32 33,29 20,26 28,97 20,39 30,75


Conbustível °C 24,54 29,53 33,16 27,84 26,30 32,67 30,02

Consumo kg/h 2,08 3,64 5,58 7,01 7,60 9,73 11,46





Temp. Ambiente ºC 26 28 28 29 29 30,5 29



Rho1 kg/m3 1,07 1,06 0,00 1,10 1,06 1,10 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,86 1,86 1,82 1,86 1,82 1,87 Re 44465,2 43834,3 42432,2 44567,6 35963,6 44547,8 41528,7

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

126


Ar Entrada P.O. °C 22,65 25,49 27,86 17,30 24,65 17,77 27,50

Ar Filtro °C 22,77 25,53 28,16 19,31 24,56 19,71 27,50


Conbustível °C 24,57 27,10 30,79 26,78 23,65 31,27 28,90

Consumo kg/h 2,12 3,60 5,43 7,03 7,48 9,58 11,78





Temp. Ambiente ºC 23 26,5 31 30 25,5 30 29



Rho1 kg/m3 1,09 1,08 1,06 1,11 1,08 1,11 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,83 1,84 1,86 1,81 1,84 1,82 1,85 Re 45047,2 44022,0 42432,2 44925,3 48271,4 44332,7 42102,6

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

127


Ar Entrada P.O. °C 26,57 28,62 29,10 17,56 28,18 17,68 28,82

Ar Filtro °C 26,61 28,94 29,42 20,41 28,23 19,86 28,78


Conbustível °C 29,17 33,96 35,03 31,75 31,34 33,19 33,93

Consumo kg/h 2,14 3,45 5,47 7,02 7,25 9,78 11,71





Temp. Ambiente ºC 27,5 29,5 31 30 29,5 29 30



Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,06 1,11 1,07 1,11 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21


Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,86 1,86 1,82 1,86 1,82 1,86 Re 45379,7 43973,1 43897,9 44748,0 43611,6 44314,4 43000,0

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

128

Tabela B.25: Consumo B35M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1

CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00

Ar Entrada P.O. °C 23,08 27,32 30,52 17,05 26,57 18,16 32,25

Ar Filtro °C 22,96 26,98 30,20 19,05 26,34 20,24 31,28


Conbustível °C 21,81 26,95 29,08 27,17 25,13 31,84 27,01

Consumo kg/h 2,14 3,72 6,79 7,58 7,89 9,94 11,33



Corrente A 0 25,12 50,54 69,24 75,3 94,12 101,6

Tensão V 219,6 219,7 219,5 219,4 219,1 218,9 219,2

Potência kVA 0 9,55895 19,2146 26,312 28,5758 35,6852 38,574

Pressão mmHg 692 692 692 694 692 693 692

Temp. Ambiente ºC 23 26 28 28 26 29,5 26


Patm mbar 918,77 918,27 917,94 920,59 918,27 919,01 918,27

DP1 mmH2O 81 78 78 79 77 77 77

DP mmH2O 42 41 40 41 41 39 40

Rho1 kg/m3 1,09 1,07 1,06 1,10 1,07 1,10 1,06

D mm 66 66 66 66 66 66 66

d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5

C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62

E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21

Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99

m kg/h 153,85 151,15 148,63 153,41 151,38 149,29 148,50

m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

Q m3/h 141,58 141,09 140,29 139,06 141,02 136,14 140,62

v m/s 11,50 11,46 11,39 11,29 11,45 11,05 11,42

Mu1x10^5 kg/m.s 1,83 1,85 1,87 1,81 1,85 1,82 1,87

Re 45018,45 43770,22 42691,56 45351,39 43909,29 43994,19 42534,73

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

129


CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00

Ar Entrada P.O. °C 25,70 26,10 25,36 14,76 26,75 17,73 25,51

Ar Filtro °C 26,16 26,88 26,19 16,68 27,18 19,85 25,82


Conbustível °C 32,97 36,35 35,22 26,59 34,33 33,59 34,67

Consumo kg/h 2,08 3,55 5,38 7,14 7,55 9,94 12,26



Corrente A 0 25,38 50,39 69,15 75,45 93,7 101,1

Tensão V 220,2 219,8 219,5 219,2 219,2 218,6 219,3

Potência kVA 0 9,66229 19,1575 26,2539 28,6458 35,4773 38,4017

Pressão mmHg 691 691 692 700 691 700 692

Temp. Ambiente ºC 30 31,5 31 25,5 31 29 29,5


Patm mbar 916,28 916,03 917,44 928,97 916,11 928,38 917,69

DP1 mmH2O 80 80 80 79 78 76 77

DP mmH2O 39 40 39 42 38 39 37

Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,07 1,12 1,07 1,11 1,07

D mm 66 66 66 66 66 66 66

d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5

C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62

E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21

Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99

m kg/h 147,39 149,14 147,58 156,53 145,42 150,14 143,95

m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

Q m3/h 137,48 139,48 137,49 139,48 136,16 135,38 133,95

v m/s 11,16 11,32 11,16 11,32 11,06 10,99 10,88

Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,85 1,85 1,80 1,85 1,82 1,84

Re 42771,58 43198,23 42823,21 46565,43 42091,29 44291,26 41809,51

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

130


CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00

Ar Entrada P.O. °C 24,93 25,02 24,09 16,04 25,09 17,63 24,59

Ar Filtro °C 24,89 25,54 24,89 18,31 25,30 20,13 25,11


Conbustível °C 29,09 33,27 35,16 28,03 30,87 33,96 34,06

Consumo kg/h 1,86 3,65 4,24 7,81 7,69 10,07 11,50



Corrente A 0 25,1 50,45 69,12 75,93 93,9 102,2

Tensão V 220 219,8 219,5 219,4 219,5 218,7 219,5

Potência kVA 0 9,55569 19,1803 26,2664 28,8675 35,5693 38,8549

Pressão mmHg 690 691 690 700 690 700 690

Temp. Ambiente ºC 26,5 29 30 28 28 30 30

Humidade Relativa % 30,5 26,3 23,8 21,8 24 20,7 23,3

Patm mbar 915,53 916,44 914,95 928,55 915,28 928,21 914,95

DP1 mmH2O 81 80 78 80 78 78 76

DP mmH2O 40 40 38 41 38 40 37

Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,07 1,12 1,07 1,11 1,07

D mm 66 66 66 66 66 66 66

d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5

C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62

E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21

Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99

m kg/h 149,48 149,53 145,93 154,39 145,87 152,05 144,02

m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

Q m3/h 138,93 139,16 135,76 138,39 135,85 137,22 134,11

v m/s 11,28 11,30 11,02 11,24 11,03 11,14 10,89

Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,84 1,84 1,81 1,84 1,82 1,84

Re 43519,53 43462,75 42486,28 45728,82 42426,09 44819,19 41906,70

Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5

131

APÊNDICE C – TESTES DE EMISSÕES

Tabela C.1: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B0 – Teste Nº 1

Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,89 3,43 5,23 7,53 10,05

CO ppm 218,00 166,00 29,00 0,00 580,00

O2 % 16,40 14,60 12,40 9,70 6,80

HC ppm 210,00 174,00 181,00 195,00 325,00

CH4 ppm 72,00 58,00 64,00 64,00 141,00


Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,70 3,24 5,04 7,24 9,70

CO ppm 524,00 431,00 283,00 228,00 740,00

O2 % 17,80 15,90 13,90 11,40 8,80

HC ppm 105,00 96,00 95,00 91,00 146,00

CH4 ppm 36,00 32,00 32,00 30,00 62,00


Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,70 3,24 5,04 7,24 9,70

CO ppm 524,00 431,00 283,00 228,00 740,00

O2 % 17,80 15,90 13,90 11,40 8,80

HC ppm 105,00 96,00 95,00 91,00 146,00

CH4 ppm 36,00 32,00 32,00 30,00 62,00

132

Tabela C.4: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B5M – Teste Nº 1

Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,94 3,26 5,05 7,38 9,84

CO ppm 424 427 283 210 800

O2 % 20,5 16,6 14,4 11,7 8,8

HC ppm 228 191 195 208 344

CH4 ppm 91 79 84 89 169


Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,85 3,37 5,17 7,35 9,67

CO ppm 208 163 70 0 400

O2 % 16,5 14,9 12,9 10,5 8,0

HC ppm 106 91 90 90 133

CH4 ppm 37 30 29 31 56


Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,73 3,23 4,99 7,17 9,60

CO ppm 444 355 202 123 452

O2 % 17,4 15,3 13,3 10,9 8,3

HC ppm 0 0 0 0 0

CH4 ppm 0 0 0 0 0

133


Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,72 3,27 5,09 7,40 9,83

CO ppm 455 410 260 195 771

O2 % 18,4 16,5 14,4 11,7 8,8

HC ppm 236 198 197 210 335

CH4 ppm 85 71 70 81 145


Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,82 3,35 5,10 7,36 9,72

CO ppm 290 230 68 6 430

O2 % 16,5 14,8 12,9 10,5 8,0

HC ppm 119 105 104 115 146

CH4 ppm 42 36 37 42 63


Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,72 3,25 5,00 7,20 9,59

CO ppm 306 270 104 26 420

O2 % 16,9 15,2 13,3 10,9 8,3

HC ppm 0 0 0 0 0

CH4 ppm 0 0 0 0 0

134

Tabela C.10: Análise dos Gases da Exaustão

VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B35M – Teste Nº 1 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,76 3,29 5,11 7,44 9,81

CO ppm 479 434 260 198 698

O2 % 18,3 16,5 14,4 11,7 9,0

HC ppm 225 192 198 210 328

CH4 ppm 86 68 75 77 147


Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,85 3,41 5,17 7,35 9,67

CO ppm 479 386 179 104 540

O2 % 17,3 15,3 13,1 10,6 8,1

HC ppm 115 104 104 102 154

CH4 ppm 39 34 33 34 62


Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,80 3,30 5,03 7,29 9,57

CO ppm 238 224 71 19 410

O2 % 16,8 15,2 13,3 10,8 8,3

HC ppm 0 0 0 0 0

CH4 ppm 0 0 0 0 0

135


VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B5S – Teste Nº 1 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,88 3,43 5,20 7,42 9,87

CO ppm 303 234 68 Erro 560

O2 % 16,4 14,5 12,4 9,7 6,9

HC ppm 215 198 182 193 325

CH4 ppm 77 66 63 72 133



CO2 % 1,74 3,26 5,02 7,29 9,70

CO ppm 424 365 231 169 760

O2 % 17,4 15,7 13,8 11,4 8,8

HC ppm 118 100 98 97 144

CH4 ppm 40 33 31 30 60



CO2 % 1,67 3,23 5,01 7,33 9,77

CO ppm 451 370 234 153 680

O2 % 18,4 16,4 14,4 11,7 8,8

HC ppm 0 0 0 0 0

CH4 ppm 0 0 0 0 0

136



CO2 % 1,84 3,42 5,20 7,45 9,81

CO ppm 267 234 110 48 505

O2 % 16,4 14,5 12,4 9,7 7,0

HC ppm 204 205 198 207 333

CH4 ppm 69 60 65 70 142



CO2 % 1,72 3,26 5,04 7,36 9,76

CO ppm 441 358 241 176 770

O2 % 17,5 15,8 13,8 11,3 8,8

HC ppm 280 252 260 280 430

CH4 ppm 95 82 86 94 183



CO2 % 1,75 3,26 5,03 7,29 9,67

CO ppm 382 300 176 127 625

O2 % 18,3 16,5 14,4 11,7 8,9

HC ppm 0 0 0 0 0

CH4 ppm 0 0 0 0 0

137



CO2 % 1,91 3,42 5,20 7,36 9,91

CO ppm 334 296 156 101 560

O2 % 16,3 14,5 12,4 9,8 6,9

HC ppm 193 175 181 187 330

CH4 ppm 65 58 58 64 133


VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B35S – Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50

CO2 % 1,76 3,27 5,03 7,34 9,81

CO ppm 390 331 234 150 707

O2 % 17,4 15,8 13,9 11,4 8,8

HC ppm 295 263 267 293 440

CH4 ppm 96 85 89 98 184



CO2 % 1,73 3,26 5,05 7,34 9,76

CO ppm 341 303 150 133 650

O2 % 18,3 16,5 14,3 11,7 8,8

HC ppm 0 0 0 0 0

CH4 ppm 0 0 0 0 0

138



CO2 % 1,89 3,45 5,21 7,45 9,77

CO ppm 513 413 270 283 810

O2 % 17,6 15,3 12,8 10,0 7,0

HC ppm 188 157 165 201 355

CH4 ppm 60 46 49 59 133



CO2 % 1,77 3,28 5,09 7,39 9,74

CO ppm 327 310 208 130 640

O2 % 17,4 15,8 13,8 11,4 8,9

HC ppm 292 266 269 287 426

CH4 ppm 96 85 86 98 174



CO2 % 1,74 3,27 5,06 7,40 9,86

CO ppm 310 283 166 130 718

O2 % 18,3 16,5 14,3 11,7 8,8

HC ppm 0 0 0 0 0

CH4 ppm 0 0 0 0 0

139


VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B85S – Teste Nº 1

Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00

CO2 % 1,9 3,4 5,2 7,42 9,77 CO ppm 368 344 200 135 655

O2 % 16,3 14,5 12,4 9,7 6,9 HC ppm 202 179 183 191 310

CH4 ppm 60 53 54 62 120


VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B85S – Teste Nº 2 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00

CO2 % 1,83 3,33 5,1 7,41 9,8 CO ppm 306 257 180 136 612 O2 % 17,3 15,7 13,8 11,4 8,9 HC ppm 276 256 264 278 415

CH4 ppm 93 84 86 93 177


VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B85S – Teste Nº 3 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00

CO2 % 1,75 3,30 5,09 7,42 9,94 CO ppm 296 267 180 130 583

O2 % 18,3 16,5 14,4 11,7 8,8 HC ppm 415 0 0 0 0 CH4 ppm 177 0 0 0 0

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DESEMPENHO E EMISSÕES DE UM MOTOR-GERADOR DE … · Tabela 4.1 – Dados do motor de combustão interna 43 Tabela 4.2: Dados do gerador 43 Tabela 4.3: Nomenclatura das amostras empregadas