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I Número 1 I Novembro, 1983

PAR&~ETRoS DE INFLUENCIA NO DESEMPENHO DO GAS POBRE

(GERADO POR GASOGENIO A CARVAO VEGETAL) EM

MOTORES DE CICLO OTTO

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EM BRAPA Vinculada ao Ministério da Agricultura Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo - CNPMS Sete Lágoas - MG

BOLETIM DE PESQUISA NQ 1 ISSU Novembro, 1983

PARAMETROS DE INFLUENCIA NO DESEMPENHO DO GAS POBRE

(GERADO POR GASOGENIO A CARVAO VEGETAL) EM

MOTORES DE CICLO OTTO

Empresa Brasi 1 e i ra de Pesquisa Agropecuária-EMBRAPA Vinculada ao ~inistério da Agricultura Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo-CNPMS Sete Lagoas - MG

Comitê de Publicações:

~nt6nio Fernandino de Castro Bahia Filho ~árbara Hel iodora Machado Mantovani Fernando Tavares Fernandes João Carlos Garcia ~ o s é Carlos Cruz L a i rson Couto Magno Antônio Patto Ramalho Nicolau Miguel Schaun Renato Antonio Borgonovi R i cardo Magnavaca

Arte final : Jose ~ust6d io A. França Composicão: Maria E1 i zabeth Horta Avelar F o t o l i t o s : Ol%npio Pereira de Oliveira Filho Impressão : A m n d o José Lopes

Empresa Bras i 1 e i r a de Pesquisa Agropecuári a. Cen - tro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo, Sete Lagoas, MG, ~arârnetros de influência no desempenho do gás

pobre (gerado por gasogênio a carvão vegetal ) em motores de c ic lo ot to , por Shane P. Schunk. Sete Lagoas, MG, 1983.

24p. i lust . (EMBRAPA-CNPMS. B o l e t i m de Pes- quisa, I)

1. Gasogênio. I . Schunk, Shane P. 11. Títu- lo. 111. série.

CDD: 665.772

@ 1983 - EMBRAPA

Sumário

Introdução ..............................m.m...... 5

Material e Métodos ............................... 5

Resul tados e Discussão ...e...........m........ ... 6

Conclusões ................................e...... 17

...................................... ~ e f e r ê n c i a s 21

O gás gerado por um gasogênio é comumente chamado de "gás pobre" devido ao seu baixo poder calorífico, pois do total dos gases produzidos apenas 40% em média perfazem o t o t a l combust~vel .

Um motor originalmente desenvolvido para trabalhar com gasol i na v a i apresentar perdas de potência ao funcionar com gás pobre devido aos seguintes fatores:

1 . Poder calorifico da mistura ar-gás (35% a menos da mistura ar-gasol i na ) .

2. Menor grau de enchimento dos c i l i n d r o s . O gás pobre ocupa 50% do volume da mistura onde a gasol ina ocupa 2%.

3 . Queima lenta do gás. A um dado rpm do motor para o qás queimar leva 400 (em relação à pol ia) onde a ga- solina leva 20°.

Ao invés de simplesmente aceitarmos estas perdas, seria melhor primeiramente aval iarrnos as suas caracteristicas pa ra depois determinar suas modificações no regime de funciõ - namento para uma aplicação especifica.

MATERIAL E M?IUDOS

Foram u t i 1 izadas para estes testes três unidades gasogê nicas d i sponivei s no mercado ou seja a Siguierol i ,. Securif e a Gastnec (de ~ b e r l ãndi a-MG , São Paulo e Anãpol i s-GO, res - pectivamente) . Seguem as características de cada uma.

S IQUIEROLI - Fluxo gasoso horizontal com injeção de va- por d'água, aplicação veeicular tipo pick- up , combustivel carvão vegetal , trocador de calor com ar,

SECURIT - Fluxo gasoso vertical descendente, aplica- ção em conjunto moto-bomba , combustivel car - vão vegetal.

GASMEC - Fluxogasosovertical descendente, trocador de calor com água e lavado7 de gás t i p o Scrvbber, aplicação em conjunto moto-bom- ba , combustível carvão vegetal .

O motor usado f o i o GM-292 t i p o álcool de 4.8 litros. A montagem e acoplamento ao dinamõmetro foram real iza-

dos no ~aboratório de Motores do Departamento de Engenha- ria Mecânlca da Universidade de Brasylia,

O combust~vel utilizado nos testes f o i o carvão vege- t a l , proveniente da região da Mata de Aná o1 i s (GO) e do Cerrado Natural t ipo Medio de Formosa (GO ! . Uma anál ise gui mica f o i efetuada para melhor caracterizar as suas diferen - ças. O carvão do cerrado f o i preparado, usando peneiras, e classificado em três grupos de acordo com a sua granulome- t r i a , chamado de F o r j a ( 1 -2 cm) , ~ é d i a (3-5 cm) e Grande (5-8 cm).

Durante o ensaio f o i optimizada , através das regulagens de .ar e gás, a mistura ideal em cada ponto d e leitura.

O avanço inicial foi escolhido pelo melhor torque o b t i - do em plena carga f icando em 30° quando utilizado com gás pobre. Não f o i f e i t a uma calibracão da curva do avanço, pois o o b j e t i v o deste experimento era avaliar o "estado de arte" do conjunto na sua aplicação. No caso da curva de re ferência (combustivel áIcool) foi utilizado o avanco espe- c i f i cado pelo fabr icante.

Na tabela 1 podem-se observar os resultados comparati- vos do carvão u t i 1 izado ,. tendo caracterizado a madei ra pre - dominante no carvoejamento.

Os parãmetros t i d o s como ideais na geração do gás pobre a partir do carvão são baixos: teor de umidade, material vo l á t i l e teor de cinzas, ao passo que, quanto maior o t e o r de Carbono f i x o , melhor, po is o Carbono 6 um dos princi- pa is elementos na formação dos gases.

Tabela 1 . ~ n á l i se ~ u í r n i ca do Carvão

Carvão Cerrado Mata ( I ) Cerrado (2)

Teor de Umidade 5,91 % 6,51 %

Material Volátil 13,22 % 28,21 %

Teor de Cinzas 3,29 % 2,62 %

Carbono Fixo 77,58 % 62,66 Z

( 1 ) Angico

(2 ) Carvoeiro

Norma ASTM-D 1762 - 04

"Chemical analysis o f wood charcoal"

O gráfico 01 mostra as curvas de Potência, Torque e Con sumo com álcool do motor GM-292 t ipo álcool de 4.8 1 itros,

0s gráficos 2 , 3 e 4 são as curvas obtidas com os gaso- gênios, Siquierol i , Gasmec e Securi t respectivamente, ten- do como comparação a referência (álcool ) na mesma escala.

Sobre o gráfico 2, é interessante fazer umcomentário so bre o formato da sua curva. O gasogênio Siquierol i, por t e r um f l u x o gasoso horizontal, apresentou este t i p o de curva devido ao crescimento da zona de fogo, que quanto mais per -

G ~ F I C O I. Curvas de t o q u e , potência e consumo de ãl c001 em um

GRAFICO 2. Curvas de torque e potência usando álcool e gás pobre (~asogênio Siquierol i) na a1 inentação de um motor GM- 292 6 Cil.

005: Gás entrou no motor com 2 7 ' ~

085: Entrada do gas por cima

OBS: Cãrvio de Angi co 085: Avanco in ic ia l em ~O'APMS

GWFICO 3. Curvas de torque e potência usando ãlçool e gás pobre (Gasogbio GASMEC) na a1 lmentação d e um motor GM 292 6' c i l ,

1 o00 2000 3080 4080 RPM

0 - rn

O Kl" -

a - r>

O CU -

0 - F

G ~ F Z C O 4 . Curvas de torque e potencia usando álcool e gás . pobre

( ~ a s o g ê n i o Securit) na a1 irnentação de um motor GM-292

6 C i 7 .

1 1

38%

-*. m2 sk x - Potência x

\ ----- Torque

Y ' 'c\

\ * \

2 I

r) - n.l

- CU

,m - h - F

-V) F

t o da grelha a t i n g i r (devido à velocidade do ar, ma fun- ção direta do rpm do motor) menos gás v a i ser formado ( v i - de Fig. 1 ). Outro f a t o r con t r i bu i n te para a queda de potên c i a e torque é a temperatura do gás que neste caso erã l l O ° C , enquanto que sua f a i x a ideal de trabalho para moto- res é entre 50% e 600C. O trocador de calor deste conjun- t o é confeccionado para ter sua utilização em veículo mó- vel , não serv indo para apl i cação em conjunto e s t a c i o n á r i o . Nestas condições, o seu ponto ideal de aplicação t a n t o em potência como em torque se deu aos 2000 rpm tendo a sua po tência M x i m a em 2500 rpm. Deve-se lembrar que esta rota- ção refere-se a uma determinada velocidade de a r fornecida p o r e s t e motor de 4,8 1 i tros, devendo, p a r a cada motor, ser calculada a rotação ideal .

I Zona

de fogo Grel ha

Figura 1. Inf luénc ia da velocidade do a r na zona defogoern um gaseificador de l e i t o horizontal

No gráfico 3 nota-se a d i fe rença no formato da curva em relação ao anterior. Neste caso, o leito 6 v e r t i c a l descen dente, o carvão usado tem um maior teor de carbono f i x o a temperatura do gás ests com 270Ç. O trocador de calor a- qu i usado 6 do t i p o Scrubber (gases lavados com água) o que para unidade estacionária, desde que ha ja d isponi b i 1 idade de água (vazão de 900 I / m i n neste caso), serve perfeitamen t e . O seu ideal de torque e potência es tá em torno dos 220n rpm, sendo que a sua potência se manteve em máxima a t é o rpm analisado. Tambh f o i observado um melhor reqimede f u n - cjonarnento do motor, pr incipalmente , em b a i x a s r0tações, o que não ocorreu nos outros casos devido ao fluxo principal a ser a s p i r a d o pelo motor, ser o ar ao invés de gás. (Vide Fig, 2 ) . Com i s s o podemos entender que o f l u x o de a r a t r a - vés do lei to do g a s e i f icador se manteve acima do minimo ne cessár io a boa formação dos gases, no caso dogasogênio Ga? mec (Fig. 2B) onde, no caso do gasogênio S i q u i e r o l i ou Se- cu r i t trabalharia em regime estrangulado de gás (m is tu ra po b r e ) Fig. ZA

No gráfico 4 nota-se a potência b a i x a em relação aos de mais devido, em parte, à i n e f i c i ê n c i a do trocador de ca: l o r , pois como no caso do Siquieroli este Gase i f i cado r f i - xado f o i confeccionado para u t i 1 ização em unidade móvel. Com isso, a temperatura do gás ao entrar no motor estava com 85% E notado também o seu ba ixo ponto de maior e f i c i ência em termos de torque e potência, f icando neste caso em torno de 1700 rpm. Outro detalhe a comentar é sobre a gra- nulometria do carvão util izado: quanto menor a granulome- t r i a maior é a troca e formação de gás, mas comparando com o g r á f i c o 2 há a diferença das gre lhas . O gasogênio Çiquie r o l i , por ser de l e i t o horizontal não apresenta problemã com carvão caindo pela grelha, mas no caso do ~asogênio Se curit há esse problema e por i s s o foi utilizado um carvãõ de granulometria maior. Exemplo d i s t o está no GráfSco 6 .

Com uma superimposição dos gráf icos 2, 3 e 4 obteve-se o gráfico 5 que ilustra as potências em relação ao ál c001 , t o A

mado como padrão, 100% dè potência.

GRííFICO 5 . Potência relativa obtida com diferentes gasogênios alimentando o motor GM-292 a a1 c001 , com relação à patênci a com áI caol .

Figura 2. Sistemas dosadores d e gás pobre em coletor de ad - missão de motores de 6 cilindros em l i n h a

No gráfico 6, usando o gasogênio Siquieroli, carvão de cerrado e mesma temperatura de saída dos gases, f o i varia- do o diâmetro do tubo condutor do gás e a granulometria do carvão. Um ganho de 7 C.V. em potência f o i obtido com a me -

14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

/" LEGENDA: I I I , "

O" ; V) - Potência 1 yl cn

- - - Torque x 1 I Ln - 1 \ ; =J

Tamanho fl ( Pol ) Tubo 3 O

Carvão (mn) condutor de gás 5 k

--+. -- 'I

I ' u l . 5 - 1 0 1 3/4 1 \

4 OBS: Carvie do cerrado

RPM x 100

GWICO 6. Cuwas de toque e potência de gás pobre (~asogénio

Siquieroli) com diferentes granulometrfa de carvão vegetal e d i k t r o de tubo condutor de gás.

nor granulometria do carvao a um dado rpm (2600) . Uma po- tgncia de 8 C.V. a mais f o i o 'b t ida com o a u r ~ e n t o do diz-e- t r o condutor do gás, usando a mesma granul lonet r ia 12500) . Por o u t r o l ado , os melhores torques r e g i str;! ram-se aos ?S00 rpm com maior diâmetro c o n d u t o r de gás e c e n w granulome- tria chegando a 1 k g f a mais ( v a l o r n<o c o r r i g i d o ) .

Como conclusões pode-se dizer, baseado nos casos anal i - sados, que os ganhos em potência e torque (sobre os normal - mente o b t i d o s com gás pobre) em motores do c i c l o o t t o se- rão significativos, representando ganhos de 10 a 20:;, se l e - vasmos em conta i tens, t a i s como:

1. Granulometria - função do t i p o de g a s e i f i c a d o r .

2. Qualidade do carvão - ter um a l t o teor de carbono f i - xo e ba ixo teor de cinza.

3. Baixa temperatura do gás ao entrar no motor - Deno- tando e f i c i ê n c i a do sistema trocador de calor ,

4. Sistema dosador gás-ar - sincronismo das dosagens em cada regime de funcionamento.

5. ~ i â m e t r o do tubo condutor do gás - menor restrição ao movimento do gás.

O autor deseja agradecer aos fabricantes de gasogênios que se prestaram a estes serv iços como também aos profes- sores Aldo e Parise e ao técnico Geraldo, do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Brasíl i a pela u- tilização do seu laboratório para a realização deste expe- rimento.

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TESTES da MWM - Motores Diesel Ltda com motores diesel a ga - sogênio. Revista ITEM-ABID, (10):12-7, set. 1982.