UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO DE ENGENHARIA DA MOBILIDADE – CEM

DISCIPLINA – MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

PROFESSOR: JEFERSON DALLMANN

COMBUSTÍVEIS

ALUNO:

HERLON DE FAVERI LINEMBURG

JOINVILLE 19 DE DEZEMBRO DE 2012

1- Introdução

O termo combustível geralmente está associado à geração de energia térmica.

Por definição, combustíveis são substâncias que quando combinados quimicamente com

outras (comburente), reagem exotermicamente, ou seja, liberando energia. O

funcionamento de muitos sistemas (meios de transporte, usinas de geração de energia e

etc.) depende dos combustíveis, pois estes são a principal fonte fornecedora de energia

para o processo.

São largamente utilizados devido à simplicidade no processo de combustão,

pois com apenas uma “perturbação” (faísca, chama, alta temperatura, alta pressão e etc.)

na mistura combustível/comburente, tem-se a liberação de energia.

2- Tipos de Combustíveis

Pode-se classificar os tipos de combustíveis de acordo com seu estado físico, e

fonte de obtenção. Essa classificação pode ser vista na Tabela 1.

Tabela 1 – Classificação de Combustíveis

Combustíveis Fósseis Biologicos (Não-Fósseis)

Sólidos Carvão Mineral Biomassa

Gasolina Álcool

Líquidos Óleo Diesel Óleos Vegetais

Óleo Combustível Biodiesel

Querosene

Gasosos Gás Liquefeito de Petróleo GLP) Biogás

Gás Natural Hidrogênio

2.1- Combustíveis Sólidos

2.1.1 - Fósseis

2.1.1.1 - Carvão Mineral

Os carvões são um agregado de material orgânico sólido combustível, e foram

originados a partir de uma massa vegetal depositada em ambientes úmidos e

subaquosos. Com o passar do tempo, sofre transformações graduais que o levam para

estágios de turfa, linhito, hulha (betuminoso) e antracito, os quais são diferenciados pelo

teor de carbono que possuem. A diferença visual destes pode ser vista na Figura 1. Esse

processo de carbonificação só é possível devido ao enclausuramento que este material

tem com o ambiente, ou seja, está protegido da ação do oxigênio do ar. A extração do

carvão da natureza é feita através da mineração.

Figura 1 - Os tipos de Carvão

A turfa é a massa vegetal menos transformada, constituída na maior parte de

material vegetal não carbonificado, fato que resulta num aspecto esponjoso. O linhito é

mais sólido, de cor parda ou negra que conserva apenas a estrutura lenhosa. A hulha é

um carvão rico em betume, é mais denso e fosco. O antracito representa o último

estágio de carbonificação, é o mais duro, denso e de cor negra. Algumas propriedades

de cada estágio do carvão são representados na Tabela 2.

Tabela 2 – Propriedades dos tipos de Carvão

Geralmente o uso do carvão se dá quase que exclusivamente em indústrias e

usinas termoelétricas de geração de energia. Na época da revolução industrial, por volta

de 1700, era o principal combustível das máquinas a vapor, sendo depois substituído

pelos derivados do petróleo.

2.1.2- Biológicos (Não fósseis)

2.1.2.1 - Biomassa

A biomassa é a matéria orgânica da terra, abrange todas as formas de plantas e

derivados que podem ser convertidos em energia. Por exemplo, madeira, grãos, talos,

óleos vegetais e etc. É possível de se obter energia através da biomassa por diferentes

processos, um deles é a queima direta para produzir energia térmica e elétrica. Outra

forma de utilização é através de processamento da biomassa para produção de

combustíveis. Este processamento pode ser realizado através de processos químicos,

como a gaseificação, ou através de processos biotecnológicos, como a fermentação.

Os combustíveis classificados como biomassa sólida mais utilizados são

provenientes da madeira, como por exemplo, lenha (carvão vegetal), serragem e cavaco,

além destes pode-se citar também o bagaço de cana, que devido a grande produção de

açúcar e álcool no Brasil, é muito utilizado. Há muitas vantagens em se utilizar a

biomassa como fonte de energia, por exemplo, as reduzidas emissões de poluentes

devido ao baixo teor de enxofre e a reduzida quantidade de cinzas provenientes da

queima. Apesar do bom comportamento ecológico, a biomassa possui baixo teor de

carbono (se comparado com outros combustíveis fósseis) e grande quantidade de

oxigênio, o que resulta num menor poder calorífico (em torno de 3500 kcal/kg)

Figura 2 – Serragem de Madeira Figura 3 – Cavaco de Madeira

2.2 – Combustíveis Líquidos

2.2.1 – Fósseis

2.2.1.1 - Gasolina

A gasolina é um dos combustíveis mais consumidos no transporte rodoviário

juntamente com o diesel e o álcool. Está em uso a mais de um século, fato que permitiu

grande avanço na obtenção e distribuição deste combustível pelo mundo.

É um combustível formado basicamente por hidrocarbonetos, produtos

oxigenados, compostos de enxofre, compostos de nitrogênio e compostos metálicos.

Possui densidade energética relativamente alta, sendo adequada para o uso em motores

que trabalham de acordo com o ciclo Otto. Existem, no Brasil, três tipos de gasolina,

Gasolina Comum, Gasolina Aditivada e Gasolina Premium. O que difere cada uma

destas gasolinas é basicamente a octanagem, presença de aditivos

(detergentes/dispersantes), corantes e teor de enxofre.

2.2.1.2 - Óleo Diesel

O óleo diesel é um combustível utilizado largamente no transporte rodoviário,

principalmente por veículos utilitários e caminhões e é a principal fonte de energia nos

meios de transporte navais. O processo de combustão em um motor diesel envolve tanto

processos físicos como processos químicos. Dentre os processos físicos estão o

transporte do ar e do combustível para a câmara de combustão, geração da mistura

ar/combustível e criação de condições favoráveis para a reação química. Dentre os

processos químicos estão a auto-ignição do combustível e a reação química de liberação

de energia. Tendo em vista as características da combustão do óleo diesel, o motor

destes precisa ser mais robusto devido às altas pressões necessárias para a auto-ignição,

por isso ele é mais utilizado em veículos pesados.

O óleo diesel possui emissões de CO e hidrocarbonetos relativamente baixas,

mas, em compensação, possui altas emissões de NOx e particulados. Existem vários

tipos de óleo diesel, dentre eles pode-se citar o Tipo A, Tipo B, Tipo C e Tipo D, os

quais diferem um do outro principalmente pelo teor de enxofre e ponto de fulgor. A

tabela 3 mostra uma comparação de características entre os tipos de diesel.

Tabela 3 – Especificações dos Óleos Diesel

2.2.1.3 - Óleo Combustível

Geralmente são frações residuais pesadas do petróleo obtidas em vários

processos de refinação, mas existem óleos combustíveis mais leves obtidos como

destilados. Os hidrocarbonetos presentes nesses óleos são de elevado peso molecular e a

composição final dos óleos combustíveis depende das características e do tipo de

processamento do petróleo e das misturas realizadas. Alguns aditivos também podem

ser adicionados visando melhor estabilidade química do produto.

O óleo combustível é utilizado em diversos equipamentos destinados à geração

de energia ou calor, por isso é de uso bastante comum em países frios onde muitas casas

possuem sistema de aquecimento. A maior parcela dos óleos combustíveis é destinada

para uso industrial, principalmente em caldeiras, aquecedores, fornos, secadores e etc. A

Tabela 4 ilustra algumas características de alguns tipos de óleos combustíveis.

Tabela 4 – Propriedades dos Óleos Combustíveis

2.2.1.4 - Querosene

O querosene, também conhecida como óleo de parafina, é um combustível

resultante da destilação fracionada do petróleo e é o produto intermediário entre a

gasolina e o óleo diesel. É uma combinação complexa de hidrocarbonetos contendo de

12 a 15 átomos de carbono por molécula. Possui um excelente poder de solvência e uma

taxa de evaporação lenta, além de conferir certa segurança de manuseamento devido ao

se ponto de inflamação.

É largamente utilizado como combustível de aviação, também podendo servir de

fonte de energia de para iluminação e aquecimento doméstico. Está presente também na

composição de solventes industriais.

2.2.2 – Biológicos (Não fósseis)

2.2.2.1 – Álcool

O álcool etílico foi utilizado como combustível rodoviário no Brasil no final da

década de 70 foi uma solução do projeto Proálcool para o aumento excessivo do preço

da gasolina, no qual o governo incentivou a produção deste combustível.

O álcool etílico é obtido de biomassa, normalmente de plantas ricas em glicose,

devido a esse fato, ele é considerado um combustível ecologicamente correto, pois é

obtido de fontes renováveis de energia.

Esse combustível pode ser utilizado para alimentar tanto motores do ciclo Otto

como do ciclo Diesel. Além de servir como uma combinação com a gasolina, tanto

como combustível como aditivo antidetonante.

Existem dois tipos de álcool fabricados no Brasil, o álcool anidro – usado

geralmente como aditivo oxigenante da gasolina – e o álcool hidratado – usado como

combustível em veículos de passeio e comerciais leves. A Tabela 5 apresenta uma

comparação de propriedades entre os dois tipos de álcool.

Tabela 5 – Características dos Álcoois Anidro (AEAC) e Hidratado(AEHC)

2.2.2.2 – Óleo Vegetal

O óleo vegetal é uma gordura extraída, na maioria dos casos, de sementes de

plantas e é formada por triglicerídeos, outras partes das plantas também podem ser

utilizadas para fornecer esta gordura.

Este é um combustível alternativo para motores diesel ou para sistemas de

aquecimento à queima de óleo. Caso utilize-se óleo vegetal para alimentar motores

diesel, deve-se tomar o cuidado no controle da viscosidade do óleo, pois para que se

tenha uma injeção de combustível de qualidade na câmara de combustão, e assim,

permitindo que ocorra reações químicas efetivas, a viscosidade deste óleo precisa ser

reduzida, caso contrário, a combustão será incompleta e os resíduos de carbono poderão

danificar o motor.

Algumas vantagens relacionadas aos óleos vegetais podem ser citadas:

1- Menor produção de fuligem

2- Ausência de enxofre

3- Melhor lubrificação interna do motor

4- Proveniente de fontes renováveis (Ambientalmente correto)

Utiliza-se este óleo também como aditivo para o diesel de origem fóssil, com

taxas de adição de aproximadamente 10%, devido às melhoras na lubrificação

amenizando o desgaste interno das peças. A Tabela 6 ilustra algumas

propriedades e características do óleo vegetal extraído da mamona.

Tabela 6 – Propriedades e Características do Óleo de Mamona

2.2.2.3 – Biodiesel

O biodiesel é baseado em óleo vegetal ou gordura animal, trata-se basicamente

de um óleo diesel obtido de maneira ecologicamente correta e que não prejudica o meio

ambiente. É um combustível renovável e biodegradável, obtido geralmente da reação de

lipídios, óleos ou gorduras de origem animal ou vegetal, com um álcool e a reação é

feita com o auxílio de um catalisador.

Esse combustível tem como objetivo de fabricação alimentar motores diesel

padrão, pode ser utilizado puro ou misturado nas devidas proporções com o óleo diesel

fóssil, por isso substitui total ou parcialmente o óleo diesel.

As vantagens associadas ao biodiesel são:

1- Fonte renovável de energia

2- Matéria prima de fácil obtenção (plantas oleaginosas)

3- Segurança no manuseio e armazenamento devido ao alto ponto de

fulgor

4- Baixo teor de enxofre

5- Nenhuma modificação é necessária nos motores Diesel para operar

com misturas de biodiesel com diesel de até 20%

Apesar das inúmeras vantagens, o biodiesel possui sérias desvantagens:

1- Grande quantidade de glicerina como subproduto da produção de

biodiesel

2- A queima parcial da glicerina gera acroeína, que é suspeito de ser

cancerígeno

3- Fazendas de soja e dendê, cujos óleos são utilizados para fazer

biodiesel, estão invadindo florestas tropicais

4- A produção intensiva de matéria prima de origem vegetal esgota a

capacidade do solo

5- Possível aumento nos preços dos alimentos

A tabela 7 ilustra algumas propriedades do biodiesel obtido a partir do cupuaçu.

Tabela 7 – Propriedades do Biodiesel obtido a partir de Cupuaçu

2.3 – Combustíveis Gasosos

2.3.1 – Fósseis

2.3.1.1 – GLP (Gás Liquefeito de Petróleo)

O GLP é uma mistura predominante de propano e butano e é constituído por

hidrocarbonetos que são produzidos no início da destilação do petróleo ou durante o

processamento do gás natural. O GLP obtido a partir do gás natural não possui

hidrocarbonetos insaturados e o GLP obtido a partir do refino do petróleo, esses

hidrocarbonetos podem aparecer em quantidades variáveis.

Esse combustível possui compostos sulfurosos, os quais são bastante

indesejáveis, pois propiciam uma característica corrosiva ao gás. Por essa razão,

submete-se o produto a tratamentos em unidades especiais.

Os hidrocarbonetos predominantes no GLP são gasosos a temperatura e pressão

ambiente, mas liquefazem-se quando pressões relativamente baixas são aplicadas,

possibilitando a armazenagem em pequenos volumes, facilitando os trabalhos de

transporte e manuseio.

Utiliza-se o GLP amplamente em aquecimento doméstico e como combustível

industrial, tem a vantagem de ter um alto poder calorífico (da ordem de 11000kcal/kg)

em relação aos combustíveis sólidos.

É um combustível alternativo para motores do ciclo Otto, embora no Brasil seja

pouco utilizado para o fim de transporte rodoviário, na Holanda é o responsável por

12% da energia usada em veículos de passeio. O GLP tem alto índice de octanagem, o

que possibilita que motores alimentados com esse combustível tenham maiores taxas de

compressão que os motores alimentados com gasolina, e assim possuem maiores

eficiências energéticas. A tabela 8 mostra algumas propriedades dos principais gases

constituintes do GLP, o propano e o butano.

Tabela 8 – Propriedades do Butano e Propano

2.3.1.2 – Gás Natural

O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos contendo

principalmente metano, é o menos poluente entre os combustíveis fósseis e é geralmente

encontrado na natureza em reservatórios profundos no subsolo, associado ou não ao

petróleo.

Como os demais combustíveis fósseis, o gás natural tem origem na degradação

da matéria orgânica. Não é uma fonte de energia renovável, pois tende a se esgotar.

Geralmente encontra-se o gás natural associado ao petróleo em proporções

variáveis, quando a proporção de petróleo é maior, devido ao interesse nesse produto, o

que define a exploração da jazida é a produção de petróleo, muitas vezes, por segurança,

queima-se o gás natural para exploração apenas de petróleo. Nos casos em que o gás

natural eh predominante, o seu aproveitamento econômico é condição principal de

exploração da jazida e desenvolvimento da produção.

O gás natural obtido diretamente da jazida é conhecido como gás natural úmido,

pois contém suspensão de pequenas quantidades de contaminantes, necessitando um

tratamento deste material através da sua passagem por um processo denominado

secagem do gás natural.

Devido à facilidade de manuseio e efeito ambiental amenizado da sua queima, o

uso deste combustível em substituição aos demais vem crescendo. Os principais

empregos do gás natural são a geração de energia elétrica, uso em áreas urbanas e

alimentação de motores de automóveis. A Tabela 9 mostra algumas propriedades do gás

natural.

Tabela 9 – Propriedades do Gás Natural

2.3.2 – Biológicos (Não fósseis)

2.3.2.1 – Biogás

É uma mistura gasosa de dióxido de carbono e metano produzida de forma

natural em meio anaeróbico pela ação de bactérias em matéria orgânica. O biogás é

considerado um combustível renovável, que possui um conteúdo energético muito

elevado, assemelhando-se ao gás natural neste quesito.

O metano é o principal constituinte deste combustível, que é composto por

cadeias curtas de hidrocarbonetos. O biogás pode ser utilizado como substituinte do gás

natural ou do GLP. Pode também ser utilizado em meio rural para aquecimento de

instalações para animais ou estufas de produção vegetal. Além de poder ser utilizado na

geração de energia elétrica através de geradores acoplados a motores de combustão

adaptados para alimentação a gás.

O biogás tem em sua composição um gás tóxico (sulfídrico), o que torna

necessário a escolha adequada do material utilizado na construção do biodigestor

(equipamento que processa a matéria prima do biogás e o torna utilizável), pois a

formação de gases corrosivos implica na degradação do equipamento e elevado custo de

manutenção. A tabela 10 ilustra algumas propriedades do principal gás constituinte do

biogás, o metano.

Tabela 10 – Propriedades do Metano

2.3.2.2 – Hidrogênio

O hidrogênio é o elemento químico mais abundante no universo, e também é o

terceiro elemento mais presente na Terra. Tem excelentes propriedades como

combustíveis, pois ele tem baixo peso molecular e possui a maior quantidade de energia

por unidade de massa que qualquer outro combustível (poder calorífico de 34500

kcal/kg). Quando resfriado ao estado líquido ocupa um espaço muito menor que no

estado gasoso, facilitando seu transporte e armazenamento.

Esse gás pode ser obtido por diferentes maneiras de alta eficácia como, por

eletrólise da água, por reforma do álcool e hidrocarbonetos. Se combinado com a

aplicação em células de combustível, o hidrogênio oferece uma produção de eletricidade

de alta eficiência, a partir dele pode-se abrir ramos energéticos totalmente limpos (gera

como produtos da reação apenas água e calor), sem emissões de particulados para

residências e até automóveis.

Por ser uma tecnologia pouco desenvolvida, sua aplicação torna-se cara,

prejudicando a relação custo/benefício.

3- Propriedades

Os combustíveis possuem propriedades físico-químicas importantes para sua

caracterização e uso. São essas propriedades que definem em quais situações o uso de

cada combustível é apropriado. Eis algumas propriedades:

3.2- Combustíveis Sólidos:

Carbono Fixo: É o resíduo combustível deixado após a liberação do material

volátil.

Material Volátil: É a parte do combustível que se separa na forma

gasosadurante o aquecimento do mesmo. É composto por hidrocarbonetos e outros

gases. O teor de material volátil influencia no comprimento de chama, no acendimento e

no volume necessário da fornalha.

Cinzas: São todos os minerais incombustíveis presentes no combustível,

geralmente é composta de óxidos.

Umidade: É a quantidade de água presente no combustível, geralmente expressa

em porcentagem de massa. É importante para determinação do seu poder calorífico.

3.1- Combustíveis Líquidos:

Ponto de Fulgor: É a temperatura do combustível na qual o combustível se

vaporiza em quantidades suficientemente grandes para formar com o ar uma mistura

capaz de inflamar-se momentaneamente quando uma chama é aplicada sobre a

superfície do mesmo, provoca uma ignição e combustão transitória, caso a fonte externa

de calor cesse, a combustão não continua. É uma propriedade muito importante para a

segurança de armazenagem, transporte e manuseio do combustível.

Ponto de Combustão: É a mínima temperatura em que os vapores do

combustível aquecido entram em combustão com a aproximação de uma fonte externa

de calor, e caso a fonte cesse o fornecimento de energia, a combustão se mantém.

Ponto de Ignição: É a temperatura necessária para inflamar a mistura

ar/combustível sem fonte externa de calor. Caso a temperatura ultrapasse esse valor, o

combustível entra em combustão espontânea.

Temperatura de Auto-Ignição: É a temperatura mínima de uma mistura

ar/combustível na qual a combustão iniciada se mantém, sem a necessidade da presença

de uma chama.

Ponto de Fluidez: É a temperatura mínima necessária para que o combustível se

torne fluido.

Densidade: É uma propriedade muito importante no cálculo de vazão e

dimensionamento de tubulações, consiste na razão entre a massa do combustível pelo

volume que ela ocupa, geralmente dada em kg/m³.

Viscosidade: É a medida da resistência ao escoamento de um fluido. É variável

com a temperatura, porém varia pouco com a pressão. Com essa propriedade em mãos

define as faixas de temperatura seguras de se operar e bombear um combustível com a

máxima eficiência e economia, resultando numa combustão mais eficiente.

Poder Calorífico: É a quantidade de energia calorífica liberada na combustão

completa de uma unidade de massa ou volume do combustível. Também calculada para

combustíveis sólidos e gasosos.

3.3- Combustíveis Gasosos:

Densidade Relativa: É a densidade do gás relativa ao ar nas mesmas condições

de temperatura e pressão.

Número de Wobbe: É uma relação entre o poder calorífico e a densidade

relativa. Essa propriedade está ligada a intercambialidade de gases para uma mesma

aplicação. Gases com número de Wobbe próximos vão apresentar desempenho

energético similar.

Velocidade de Chama: É a velocidade de uma frente de chama de uma mistura

ar/combustível efetuada sob determinadas condições.

Número de Aeração: É a quantidade de ar necessária para manter um dado

tamanho de cone interno da chama, geralmente é medido num queimador padrão.

4- Octanagem e Cetanagem

Motores de combustão interna trabalham em ciclos alternados de compressão e

expansão de gases na câmara de combustão, durante a compressão de uma mistura

ar/combustível, condições extremas de pressão e temperatura são geradas dentro da

câmara para posterior geração de trabalho através da expansão devido à ignição.

Um acontecimento comum neste processo é o fato de combustíveis terem uma

tendência de auto-ignição quando submetidos a tais situações extremas. Esse fator é

essencial para motores que trabalham de acordo com o ciclo Diesel, porém, não é bem-

vindo em motores de ciclo Otto, pois uma pré-detonação prejudica a estrutura deste tipo

de motor devido ao fato de o pistão ir de encontro com a onda de pressão gerada pela

pré-detonação.

A octanagem é o índice que mede a resistência à detonação dos combustíveis de

motores Otto (como, gasolina, álcool, GNV e GLP automotivo). Quanto maior o índice

de octanagem, menor a tendência à detonação. Esse índice faz relação de equivalência à

porcentagem de mistura em um isoctano e o n-heptano. Por exemplo, uma octanagem

de 93 equivale a uma mistura de 93% de isoctano e 7% de n-heptano

Motores de alta potência exigem compressões mais intensas e, por consequência,

combustíveis mais resistentes à auto-ignição, sendo assim, cada motor possui um

combustível adequado para uso.

Segue alguns valores típicos da octanagem de alguns combustíveis brasileiros

• Gasolina do tipo C comum - índice de octano 87 IAD

• Gasolina do tipo C aditivada - índice de octano 87 IAD

• Gasolina do tipo C premium - índice de octano 91 IAD:

• Gasolina do tipo C podium - índice de octano 95 IAD

• Gasolina de aviação - índice de octano 100 - 145

• Álcool etílico anidro - índice de octano 100

Na Europa o uso da gasolina com chumbo está proibido, então os valores de

ocnagem da gasolina europeia são os seguintes:

• Gasolina sem chumbo 95 - índice de octano 95

• Gasolina sem chumbo 98 - índice de octano 98

• Gasolina sem chumbo 100 - índice de octano 100

Existem alguns métodos para o cálculo da octanagem, são eles:

Método RON: (Research Octane Number), consiste em promover uma

avaliação da resistência à detonação do combustível com o motor em baixa rotação

e em plena carga.

Método MON: (Motor Octane Number), o método contrário ao RON onde, a

resistência à detonação do combustível é avaliada a altas rotações do motor em

plena carga.

Método IAD: (Índice Anti-Detonante), é simplesmente a média aritmética,

entre os métodos RON e MON.

Assim como a octanagem está para os combustíveis de motores ciclo Otto, a

cetanagem é associada aos combustíveis de motores ciclo Diesel, sendo assim ela

mede a facilidade com que a auto-ignição ocorre no combustível ao ser injetado na

câmara de combustão, a qual está sob condições de temperatura e pressão favoráveis

a esse acontecimento, já que esse tipo de motor não possui sistema de ignição por

faísca.

5- Gases de Escape

Os gases de escape, gases de combustão ou ainda fumos, são os produtos

resultantes das reações que ocorrem durante o processo de combustão. Muitos dos

compostos liberados na combustão são nocivos ao meio ambiente e aos seres humanos,

como óxidos de nitrogênio e enxofre. Eis alguns produtos resultantes da combustão

típica de combustíveis quimicamente orgânicos.

Monóxido de Carbono (CO): É um produto tipicamente resultante de

combustões incompletas. Possui nível de toxidade muito alto, sem cor, odor e gosto, por

isso ele somente pode ser detectado através de instrumentos de especiais.

Cinzas: É um material particulado geralmente encontradas na forma de óxidos

de elementos inorgânicos do combustível, como CaO, Al2O3, K2O. A formação e

emissão de cinzas dependem essencialmente do teor de cinzas presente no combustível,

geralmente esse teor é mais elevado em combustíveis sólidos como a lenha. Óleos

combustíveis pesados também apresentam cinzas, cujo teor pode chegar a 0,1% em

massa.

Fuligem: É também um material particulado originário da combustão

incompleta das frações orgânicas do combustível. A emissão de fuligem está

relacionada a recombinações de voláteis ou frações leves do combustível, sob condições

de específicas ainda não bem conhecidas. A emissão deste particulado é indesejável

tanto do ponto de vista ambiental como de conservação de energia.

Óxidos de Enxofre (SOx): A combustão de combustíveis que contenham

enxofre gera dióxido de enxofre (SO2). Os gases de enxofre são um dos principais

agentes causadores da chuva ácida, juntamente com os óxidos de nitrogênio. Além de

existir a possibilidade da formação de ácido sulfúrico (H2SO4) nas partes frias de

equipamentos, o que resultará na deterioração do mesmo. Devido a esses fatos, a

emissão de óxidos de enxofre é totalmente indesejável. Carvão mineral e óleos

combustíveis pesados são os combustíveis que mais emitem óxidos de enxofre durante

sua combustão.

Óxidos de Nitrogênio (NOx): Os óxidos de nitrogênio formados durante os

processos de combustão são constituídos de aproximadamente 95% de óxido nítrico

(NO) e o restante de dióxido de nitrogênio (NO2).

Compostos Orgânicos Voláteis: Podem ser emitidos nos processos de

combustão e são provenientes da combustão incompleta do combustível. Podem

representar parcelas do próprio combustível que não foi queimado, ou compostos

formados a partir de radicais de hidrocarbonetos não oxidados completamente.

6- Combustão Típica de Ignição por Faísca

A combustão por ignição a faísca é comum nos motores ciclo Otto, podendo

ocorrer com vários tipos de combustíveis como, gasolina, álcool, GNV, GLP e etc. A

combustão só irá acontecer de forma correta se o combustível da mistura

ar/combustível injetada na câmara de combustão possuir octanagem adequada à taxa de

compressão do motor. Sendo essa condição satisfeita, quando a centelha saltar entre os

eletrodos das velas de ignição a combustão e a chama irão se propagar

progressivamente ao longo da mistura ar/combustível comprimida. Conforme a

propagação da chama acontece, a mistura vai se expandindo gradativamente, exercendo

uma força uniforme sobre o pistão.

Algumas condições para que a combustão tenha eficiência precisam ser

respeitadas. Por exemplo, a faísca precisa ocorrer no local correto, ou seja, entre os

eletrodos das velas; a geração da faísca deve iniciar no instante de tempo certo, isto é,

no momento determinado pelo ponto de ignição; o desenvolvimento da chama deve

ocorrer de maneira gradual e durar um tempo pré-determinado.

Um aspecto muito importante na combustão por faísca é a velocidade de

propagação da chama (VPC), ela consiste numa composição entre a velocidade de

combustão com a velocidade de translação. A velocidade de combustão é a velocidade

da reação química de oxidação do combustível, já a velocidade de translação é a

velocidade de avanço da frente de chama.

O comportamento da VPC durante a combustão é bastante variável, no início a

VPC é baixa devido à necessidade de vencer a inércia da combustão; durante a VPC é

alta e no fim da combustão ela volta ser baixa, mas agora devido a falta de combustível

ou ar dentro da câmara.

7- Combustão Típica de Ignição por Compressão

A combustão por ignição por compressão é comumente realizada pelos motores

que trabalham perante o ciclo Diesel, podendo ser alimentados com diesel de origem

fóssil ou vegetal (biodiesel) ou ainda uma mistura dos dois. Essa combustão por

compressão pode ser subdividida em três etapas:

1-Período de atraso: é o tempo entre o início da injeção e o surgimento da

primeira chama ou da elevação de pressão. O atraso é sempre grande, tal que, ao

ocorrer a ignição, existe apreciável quantidade de combustível evaporado e

dividido, bem misturado com o ar.

2-Rápida combustão: Uma vez inflamado esse combustível tende a queimar-se

rapidamente devido à multiplicidade de pontos de igniçãoe a alta temperatura

existente na câmara de combustão.

3-Queima controlada: Após o período de combustão rápida, o combustível que

ainda não foi queimado, juntamente com qualquer combustível

subsequentemente injetado, queima com determinada taxa controlada. Esse

controle é devido à “habilidade” que o combustível tem de encontrar oxigênio

necessário para a combustão.

8- Poder Calorífico

A energia liberada na combustão normalmente é quantificada pelo Poder

Calorífico do combustível, qie é definido como sendo a quantidade de energia térmica

dispendida da combustão completa de uma unidade de massa ou volume do

combustível.

O Poder Calorífico Inferior é definido como sendo a quantidade de calor

liberada medida com os produtos da combustão ainda na fase gasosa (ainda quentes).

Já o Poder Calorífico Superior é o calor liberado medido com os produtos de

combustão à temperatura ambiente (líquidos).

A Tabela 11 demostras exemplos de combustíveis comuns e seus respectivos

poderes caloríficos.

Tabela 11 – Poder Calorífico de alguns Combustíveis

9- Energia Térmica

A fonte de energia de um motor de combustão interna é proveniente da reação

química de combustão da mistura ar/combustível, porém apenas uma parcela desta

energia gerada é realmente aproveitada para produzir trabalho.

Muitos subsistemas roubam quantidades significativas da energia proveniente da

combustão. Os principais “desperdiçadores” de energia em um motor de combustão

interna são:

1- Sistema de arrefecimento (bombeamento de óleo e água)

2- Gases de escape (saem a alta temperatura e velocidade)

3- Radiação e convecção através do bloco do motor (aquecimento do

bloco)

4- Combustão incompleta (parte da energia do combustível não é

aproveitada)

5- Atrito das partes móveis (gera aquecimento)

6- Periféricos (ventoinha, condicionador de ar, alternador, comando de

válvulas e etc. que consomem energia elétrica ou mecânica através do

virabrequim)

A figura abaixo mostra um diagrama de Sankey, que é um diagrama de fluxo

térmico, neste caso, para um motor Diesel. Estediagrama exemplifica

quantitativamente as perdas de energia para cada subsistema do motor.

Figura 4 - Diagrama de Sankey para Motor Diesel

10- Normas Regulamentadoras de Emissão Os limites de emissões para cada poluente são determinados pelas agências

reguladoras em função da potência térmica nominal do equipamento. No Brasil a

agência reguladora de emissões de poluentes é o CONAMA (Conselho Nacional do

Meio-Ambiente) e a resolução em questão é a Resolução 382. As agências reguladoras

têm como função fiscalizar as fontes de emissão, verificar a confiabilidade dos

equipamentos de medição e realizar estudos climáticos em escala local e global.Nos

estados brasileiros outros órgãos ambientais também atuam de modo semelhante ao

CONAMA, fiscalizando e propondo soluções de forma local. No mundo, cada país

possui sua agência reguladora, por exemplo,nos Estados Unidos é a EPA (Enviroment

Protection Agency).

A tabela 12 ilustra um exemplo de emissões de um motor diesel novo aprovado

em testes de emissões.

Tabela 12 – Emissões de um motor Diesel aprovado

11- Referências Bibliográficas

SILVA, Marcel Schlichting da. Combustão e Cobustíveis.Florianópolis: ., 2011.

JOSÉ, Humberto Jorge. Combustão e Cobustíveis: Apostila de Química Tecnológica

Geral. Florianópolis: ., 2004.

UERJ. Cap 4 - Ciclo Motores e Processos Ideais. In: UERJ. Máquinas de Fluxo. Rio

de Janeiro: ., 2009. p. 273-330.

FILIPPIN, Carlo Giuseppe. Sistemas Macânicos Automotivos.Paraná: ., 2006.

G., Jorge R. Henríquez. Combustíveis. Pernambuco: ., 2008.

MARTINELLI JUNIOR, Luiz Carlos. Motores de Combustão Interna:Conceitos

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SULGÁS. Combustíveis Fósseis: Composição. Disponível em: <http://www.sulgas.rs.gov.br/index.asp?SECAO=10&SUBSECAO=0&EDITORIA=65>. Acesso em: 16 dez. 2012.

ALVES, Líria. Combustível Hidrogênio. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/combustivel-hidrogenio.htm>. Acesso em: 02 mar. 2010.

BODIPASA. Combustão Motor Diesel. Disponível em: <http://www.bodipasa.com.br/dicas/detalhe/ac/20>. Acesso em: 16 ago. 2012.

GLOBALTEK. Limites de Emissões para Poluentes Atmosféricos:Resolução

CONAMA 382. Disponível em: <http://www.globaltek.com.br/artigo.php?not=23>.

Acesso em: 14 out. 2011.

12- Anexo

Algumas figuras a seguir ilustram as quantidades de poluentes normalizados

para cada combustível em função da potência térmica nominal do equipamento.

Figura 5 – Limites de Emissão para o Óleo Combustível

Figura 6 – Limites de Emissão para o Gás Natural

Figura 7 – Limites de Emissão para o Bagaço de Cana

Figura 8 – Limites de Emissão para os Derivados de Madeira

Figura 9 – Limites de Emissão para Turbinas a Gás