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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
AMANDA MARCELE DE OLIVEIRA ALMEIDA
Estudo de mercado da adição de etanol e biodiesel no óleo diesel
LORENA
2015
AMANDA MARCELE DE OLIVEIRA ALMEIDA
Estudo de mercado da adição de etanol e biodiesel no óleo diesel
Monografia apresentada a Escola de
Engenharia de Lorena da Universidade de São
Paulo para obtenção do grau de Engenheira
Química.
Área de concentração: Engenharia Ambiental e
Tecnologia Química.
Orientador: Prof. Msc. Antônio Carlos da Silva.
LORENA
2015
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA AFONTE
Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
Almeida, Amanda Marcele de Oliveira Estudo de mercado da adição de etanol e biodieselno óleo diesel / Amanda Marcele de Oliveira Almeida;orientador Antonio Carlos da Silva. - Lorena, 2015. 50 p.
Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaIndustrial Química - Escola de Engenharia de Lorenada Universidade de São Paulo. 2015Orientador: Antonio Carlos da Silva
1. Adição de combustíveis no óleo diesel. 2. Etanol.3. Biodiesel. 4. Regulamentação ambiental de veículospesados. 5. Estudo de mercado de combustíveis. I.Título. II. Silva, Antonio Carlos da , orient.
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a minha mãe
Regina e ao meu falecido pai José.
Obrigada por me apoiarem a
estudar, a ajuda na escolha do
curso, e por todo suporte durante a
faculdade. Esta conquista também
é de vocês!
AGRADECIMENTOS
Dedico essa monografia aos meus pais Regina Lúcia de Oliveira e José Carvalho
de Almeida (in memorian), agradeço por todo apoio e força que vocês me deram
ao longo do curso!
Dedico também à família e amigos, principalmente ao meu grande amigo Murilo
Brandão, que está comigo nessa jornada desde a 8a série, ajudando com os
simulados, provas de Cálculo, Cinética, Reatores e Controle de Processos
Químicos... Muito obrigada pela ajuda durante a caminhada!
A minha grande amiga Thatiany Monfredini, que me ajudou muito com esse
trabalho, com formatação e dicas para melhorá-lo, obrigada por tudo!
Agradeço ao apoio incondicional do meu namorado Luiz, que sempre me apoiou
nas semanas de provas, angústias e incertezas que surgiram ao longo do
caminho, você tornou tudo mais fácil. Obrigada!
Não posso me esquecer do grande amigo e ex chefe Fábio D’Legge, que fez
despertar em mim o interesse na área de combustíveis, e muito contribuiu com o
andamento desse trabalho. Muito obrigada pela oportunidade!
Por fim, dedico também aos meus professores, principalmente ao meu orientador
Antônio Carlos, muito obrigada pela ajuda e conselhos. Obrigada por acreditar ser
possível a realização desse sonho, pela paciência e dedicação durante as
aulas...Que Deus continue o iluminando cada vez mais!
“Nada na vida deve ser temido,
somente compreendido. Agora é hora
de compreender mais para temer
menos.”
Marie Curie
RESUMO
ALMEIDA, A. M. O. Estudo de mercado da adição de etanol e biodiesel no
óleo diesel. Monografia (Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia
Industrial Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São
Paulo, Lorena, 2015.
Neste trabalho objetivou-se o estudo de mercado da adição de etanol e biodiesel
no óleo diesel, devido à necessidade de uma alternativa limpa e barata para
atender a requisitos e leis ambientais brasileiras, que estão cada vez mais
exigentes em relação a emissões de gases tóxicos e materiais particulados no
meio ambiente. Além disso, a crescente importação e dependência do óleo diesel
proveniente do exterior torna a economia brasileira suscetível as potenciais crises
do petróleo como ocorreu em 1973, onde o país viu os preços dos combustíveis
subir, culminando em 1975 com o Programa Nacional do Álcool, o Pró-Álcool,
criado para desafogar o mercado de abastecimento nacional. E com o atual
cenário de importações recordes dos derivados do petróleo, estudos e pesquisas
de instituições públicas e privadas com o intuito de utilizar combustíveis de origem
renovável adicionados ao óleo diesel, ou em alguns casos, substituindo
completamente o diesel, estão ganhando cada vez mais destaque. Com o estudo
e análise dos dados encontrados na literatura e principais portais sobre o assunto,
conclui-se que o mercado para a adição e substituição dos combustíveis fósseis,
utilizando principalmente o etanol e o biodiesel, tende a crescer nos próximos
anos, através de incentivos governamentais e de instituições privadas, visando
não somente o lado ambiental, mas também os ganhos econômicos e
desenvolvimento do Brasil.
Palavras-chave: óleo diesel, etanol, biodiesel, mistura diesel-etanol-biodiesel,
ônibus, caminhão.
ABSTRACT
ALMEIDA, A. M. O. Market study by addition of etanol and biodiesel in diesel
oil. Monography (Essay of graduation in Chemical Engeneering) – Escola de
Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015.
The present work`s target is the market study by addition of ethanol and biodiesel
in diesel fuel, due to the need for a clean, cheap alternative to meet the
requirements of Brazilian environmental laws, which are increasingly rigorous
about the toxic gas emissions and particulates into the environment. In addition,
the increasing import dependency of diesel oil makes Brazilian economy
susceptible to potential oil crises as occurred in 1973, where the country saw
prices of fuels rise, culminating in 1975 with the National Alcohol Program, pro-
Alcohol, created to ease the domestic supply market. And with the current
scenario of record imports of petroleum, studies and research of public and private
institutions in order to use renewable fuels added to diesel fuel, or in some cases,
completely replacing diesel, are gaining more featured. After study and analysis of
the data found in the literature and major portals on the subject, it is concluded
that the market of the addition and replacement of fossil fuels, mainly using
ethanol and biodiesel, tends to grow in the coming years, through governmental
incentives and private institutions, not only targeting the environmental side, but
also economic gains and development of Brazil.
Key words: diesel oil, ethanol, biodiesel, diesel-ethanol-biodiesel blend, truck, bus.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Derivados produzidos a partir de um barril de petróleo. ................................................ 17
Figura 2 - Esquema de funcionamento do motor a Diesel de 4 tempos. ........................................ 19
Figura 3 - Propriedades do óleo diesel e sua função no motor. ...................................................... 20
Figura 4 - Reação de transesterificação. .......................................................................................... 21
Figura 5 - Diferenças da produção de açúcar, etanol e diesel de cana. ........................................... 24
Figura 6 - Gráfico relacionando consumo de combustível anual da frota 131xx............................. 26
Figura 7 - Gráfico relacionando rendimento energético anual da frota 131xx. .............................. 27
Figura 8 - Análises de óleo efetuadas para caminhões com 7% de álcool. ...................................... 27
Figura 9 - Análises de óleo efetuadas para caminhões utilizando diesel puro. ............................... 28
Figura 10 - Durabilidade de bicos injetores na frota 131xx. ............................................................ 28
Figura 11 - Durabilidade de bombas injetoras na frota 131xx. ........................................................ 28
Figura 12 – Análises de Cetano ........................................................................................................ 29
Figura 13 - Análise de viabilidade financeira ................................................................................... 30
Figura 14 - Consumo de combustível no transporte ........................................................................ 34
Figura 15 - Importações de derivados energéticos do petróleo. ..................................................... 35
Figura 16 - Evolução na Produção de etanol anidro. ....................................................................... 36
Figura 17 - Evolução na Produção de etanol hidratado. .................................................................. 36
Figura 18 - Evolução da produção de biodiesel no Brasil. ............................................................... 37
Figura 19 - Mapa da capacidade nominal para a produção de biodiesel e produção real. ............. 38
Figura 20 - Estratégia do PROCONVE para veículos pesados. .......................................................... 41
Figura 21 - Evolução dos limites de emissão para veículos pesados. .............................................. 42
Figura 22 - Resumo das fases dos estudos da adição de etanol no óleo diesel. ............................. 44
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 12
1.1. Justificativa ............................................................................................ 13
1.2. Objetivos ................................................................................................. 14
1.2.1. Objetivo geral ...................................................................................... 14
1.2.2. Objetivo específico ............................................................................. 14
1.3. Estrutura do trabalho ............................................................................. 14
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................... 16
2.1. Óleo diesel .............................................................................................. 16
2.2. Motor diesel ............................................................................................ 17
2.2.1. Propriedades do óleo diesel e desempenho do motor ...................... 19
2.3. Biodiesel ................................................................................................. 21
2.4. Etanol ...................................................................................................... 22
2.4.1. Etanol Anidro ..................................................................................... 22
2.4.2. Etanol Hidratado ................................................................................ 23
2.5. Diesel de cana-de-açúcar ...................................................................... 23
2.6. Número de cetano .................................................................................. 24
2.7. Utilização de combustíveis alternativos ao óleo diesel ...................... 25
2.7.1. Aplicação nos caminhões de usinas alcooleiras ............................... 25
2.7.2. Aplicação nas frotas de ônibus urbanos ............................................ 30
2.8. Testes realizados no exterior ................................................................ 32
3. METODOLOGIA ......................................................................................... 33
3.1. Classificação da metodologia ............................................................... 33
3.2. Aplicação da Metodologia de pesquisa ............................................... 33
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................. 34
4.1. Mercado do óleo diesel ......................................................................... 34
4.2. Mercado dos biocombustíveis .............................................................. 35
4.2.1. Mercado do etanol anidro e etanol hidratado .................................... 35
4.2.2. Biodiesel ............................................................................................ 37
4.3. Legislação Brasileira ............................................................................. 39
4.3.1. Biodiesel ............................................................................................ 39
4.3.2. PROCONVE ...................................................................................... 40
4.3.3. O Estado e a cidade de São Paulo.................................................... 42
4.4. Desafios .................................................................................................. 43
4.4.1. Dificuldades e adaptações realizadas nos motores de caminhões e
ônibus .......................................................................................................... 43
4.5. Considerações finais ............................................................................. 44
5. CONCLUSÃO ............................................................................................. 46
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 47
12
1. INTRODUÇÃO
O interesse brasileiro pela adição de etanol no diesel não é tão recente.
Desde a crise do Petróleo, quando houve um aumento expressivo do preço do
barril em 1973, e a queda mundial do preço do açúcar, estudou-se a possibilidade
de adição de etanol na gasolina. Em 1975 no Brasil, criou-se o Decreto do Pró
Álcool, que incentivava o estudo e desenvolvimento de motores movidos a álcool,
e dava suporte à criação e ampliação de usinas alcooleiras através de incentivos
fiscais e empréstimos para criação e modernização das usinas alcooleiras
(SOUZA; DANTAS, 2009).
Com esse cenário, vários centros de pesquisa iniciaram projetos para tentar
viabilizar essa adição de etanol também no diesel. No entanto, a mistura só era
viável com pequenas quantidades de etanol, já que a mistura formada tinha
grande tendência a separar fases (KOYKE et al, 2006).
Porém, com o fim da crise do petróleo em 1986 com o chamado
“contrachoque do petróleo”, onde os preços do barril caíram mais de 50%,
combinado com a escassez de recursos governamentais para financiar os
programas de investimento em energias alternativas em 1988, as pesquisas
visando à adição de combustíveis de origem renovável no diesel foram deixadas
de lado (SOUZA; DANTAS, 2009).
Contudo, o consumo e a demanda de combustível no Brasil vêm
aumentando, fazendo com que as importações dos derivados de petróleo
cresçam a cada ano. E pensando em aliviar essa dependência, o governo criou
incentivos para aumentar a produção de biodiesel e etanol, gerando mais
empregos e leis determinando a adição de porcentagem mínima deste no diesel.
13
1.1. Justificativa
Como mencionado, as importações dos derivados de petróleo vem
aumentando a cada ano. Só em 2012, o Brasil importou 7.970,204 mil m³ de óleo
diesel, representando 29,3 % do total da importação de combustíveis energéticos
(ANP, 2013).
Essa alta demanda especificamente por óleo diesel tem por motivo o setor
de transportes (de pessoas, animais, fretes, equipamentos em geral, etc) o setor
agrícola (tratores e caminhões para escoar a produção do campo para cidades e
portos) e mover veículos com motores de ciclo diesel (FERREIRA, 2013).
Com a alta do dólar, e consequentemente a alta do preço do diesel
importado, tornou-se fundamental utilizarmos outros combustíveis para
diminuirmos o uso do combustível fóssil para equilibrarmos a balança econômica
e evitar o aumento da inflação.
Nesse cenário, a presente monografia visou estudar a adição de etanol e
biodiesel no óleo diesel, pois além do apelo ambiental por serem de origem de
fonte renovável, pode nos ajudar a cumprir as metas do PROCONVE e atender as
leis vigentes, que determinam a substituição parcial, e em alguns casos total, do
óleo diesel.
14
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo geral
O objetivo geral desse trabalho é avaliar o potencial do mercado para adição
de etanol e biodiesel no óleo diesel, através de pesquisa bibliográfica.
1.2.2. Objetivo específico
Os objetivos específicos são a avaliação do mercado de diesel, etanol e
biodiesel, abordando produção e disponibilidade no Brasil, e apontar tendências e
incentivos para a adição de combustíveis de origem não fóssil no óleo diesel.
1.3. Estrutura do trabalho
A presente monografia foi estruturada em 5 capítulos:
Capítulo 1- Introdução: abordagem histórica e atual sobre o tema,
justificativa e objetiva geral e específica do trabalho.
15
Capítulo 2- Revisão Bibliográfica: apresentação de conceitos e
pesquisas sobre os combustíveis; funcionamento do motor diesel; emprego
da mistura em usinas e ônibus urbanos.
Capítulo 3- Metodologia: descrição do tipo de pesquisa adotada e da
metodologia utilizada.
Capítulo 4- Resultados e Discussões: apresentação do mercado do
etanol, biodiesel e diesel, comparando a capacidade de produção disponível
com a produção atual; abordagem das leis e incentivos governamentais;
apresentação dos desafios para a mistura e os progressos já realizados na
área.
Capítulo 5- Conclusão.
16
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Óleo diesel
De acordo com a definição dada pela Petrobrás, o óleo diesel é uma fração
da destilação do petróleo, formado não só por compostos de carbono e
hidrogênio, mas também por baixas concentrações de enxofre, nitrogênio e
oxigênio. Possui odor forte e característico, volátil, é límpido, medianamente
tóxico, sem material em suspensão e inflamável (PORTAL PETROBRAS, 2014).
Recebeu este nome em homenagem ao engenheiro alemão Rudolf Diesel que
inventou um meio mecânico para explorar a reação química originada da mistura
de óleo e do oxigênio presente no ar (SZKLO; ULLER, 2008).
Um barril de petróleo, conforme a Figura 1 ,contem cerca de 158,98 litros, e
possui 36% em volume de óleo diesel (aproximadamente 57,2 litros)
(SINDICOMBUSTÍVEIS RESAN, 2005):
17
Figura 1 - Derivados produzidos a partir de um barril de petróleo.
Fonte: SINDICOMBUSTÍVEIS RESAN, 2005.
Contudo, esse valor pode ter uma pequena variação de acordo com a
origem do petróleo usado.
2.2. Motor diesel
Para que possamos compreender as características que o óleo diesel deve
apresentar para obtermos altos valores de rendimento, primeiramente precisamos
conhecer o funcionamento do motor a diesel. Nesse trabalho vamos abordar o
motor a diesel de quatro tempos, pois é o motor movido a diesel mais empregado
no país.
Os motores de quatro tempos são assim denominados porque realizam o
ciclo em quatro cursos do pistão. O ciclo do motor é composto por quatro fases:
admissão (do ar), compressão (do ar), expansão (dos gases de combustão) e
escape (dos gases da combustão) (PEÇA, 2012).
18
Primeiro Tempo: Admissão. O pistão se desloca do ponto morto superior
(PMS) para o ponto morto inferior (PMI). Neste curso ocorre a admissão somente
de ar no interior do cilindro. Durante a admissão a válvula de admissão está
aberta e a válvula de descarga está fechada. O volume de ar admitido é
denominado de volume de admissão. Esse volume de ar aspirado é sempre o
mesmo, sendo que a variação da potência é obtida pela variação do volume de
combustível injetado de acordo com a posição do acelerador (VARELLA, 2010).
Segundo Tempo: Compressão. No final do tempo de admissão, logo após o
êmbolo passar pela posição mais inferior do seu curso (PMI), a válvula de
admissão fecha-se, pelo que o êmbolo ao deslocar-se no seu curso ascendente,
inicia a compressão do ar. É o tempo de compressão (VARELLA, 2010).
Pouco antes do êmbolo atingir a posição mais superior do seu curso (PMS),
inicia-se a injeção de combustível. Durante a compressão a temperatura do ar
atinge aproximadamente 800°C, devido a diminuição do volume e aumento da
pressão. Nestas condições, bem como devido ao movimento de turbilhão do ar
gerado pela geometria da cabeça do êmbolo, o combustível é finamente
pulverizado, inflama-se assim que penetra no interior do motor (PEÇA, 2012).
Como resultado da combustão a pressão e a temperatura sobem ainda mais.
Terceiro Tempo: Expansão. O pistão se desloca do PMS para o PMI. Neste
curso ocorre a expansão da mistura ar-combustível. As válvulas de admissão e
descarga estão fechadas (PEÇA, 2012).
Durante a expansão, o pistão é acionado pela força de expansão dos gases
transformando a energia térmica em mecânica. A força vinda da expansão dos
gases é transmitida para a árvore de manivelas, através da biela, promovendo
assim o movimento de rotação do motor. A expansão é o único curso que
transforma energia. Parte da energia transformada é armazenada na árvore e no
volante do motor, sendo consumida durante os outros três cursos (VARELLA,
2010).
Quarto Tempo: Descarga. Pouco antes do êmbolo atingir o PMI, abre-se a
válvula de escape . Inicia-se o tempo de escape no qual o deslocamento
ascendente do êmbolo, expulsa os gases da combustão para o exterior do motor
(VARELLA, 2010):
19
Na fase de escape, pouco antes do êmbolo atingir o PMS, abre-se a válvula
de admissão e mais um ciclo de 4 tempos se inicia (VARELLA, 2010; PEÇA,
2012).
Os 4 tempos - Admissão; compressão; expansão; escape, realizam-se
durante 2 voltas completas da cambota, ou seja em 4 cursos do êmbolo. A Figura
2 exemplifica o funcionamento de um motor com os quatro tempos:
Figura 2 - Esquema de funcionamento do motor a Diesel de 4 tempos.
Fonte: OLIVEIRA, 2014.
2.2.1. Propriedades do óleo diesel e desempenho do motor
Os motores a diesel são projetados para se obter o melhor desempenho de
acordo com a qualidade do combustível a ser utilizado (PORTAL BR
COMBUSTÍVEIS, 2014). A Figura 3 correlaciona cada propriedade com sua
função/efeito no funcionamento do motor a diesel:
20
Figura 3 - Propriedades do óleo diesel e sua função no motor.
PROPRIEDADE O QUE É? O QUE AFETA?
Densidade Massa contida em determinado
volume
Potência, emissões e economia
de combustível
Viscosidade Tempo de escoamento do
combustível em capilar
padronizado
Atomização, lubrificação do
sistema de injeção
Destilação Faixa de temperatura de
vaporização à pressão atmosférica
Potência, fumaça, depósitos no
motor
Número de
cetanos
Qualidade de ignição Fumaça, partida a frio, ruído,
economia de combustível,
emissões
Teor de enxofre Enxofre total presente Desgaste de cilindros e anéis,
depósitos no motor, emissões
Resíduo de
carbono
Tendência à formação de
depósitos de carbono
Depósito de coque em partes
do motor
Estabilidade a
oxidação
Tendência à formação de borra,
goma, aderente e escurecimento
Estocagem, filtros, bicos
injetores, bomba injetora
Cinzas Conteúdo de material inorgânico
(teor elevado indica existência de
contaminação)
Acelera entupimento de filtros
Ponto de Fulgor Temperatura mais baixa na qual o
produto se vaporiza em
quantidade suficiente para formar
uma mistura inflamável com ar
Segurança, sistema de injeção
tamponamento
Corrosividade ao
cobre
Potencial de corrosividade dos
produtos face a presença de
enxofre e seus derivados
Vida útil dos tanques, linhas e
partes internas do motor
Ponto de
entupimento
Temperatura de início de
cristalização de parafinas
Entupimento de filtro,
escoamento do combustível
Água e
sedimentos
Contaminação com água e
impurezas
Entupimento de filtro, desgaste
de bomba, desgaste do bico
injetor, borra no tanque,
corrosão, combustão
Fonte: PORTAL BR COMBUSTÍVEIS, 2014.
21
2.3. Biodiesel
O biodiesel é um combustível produzido a partir de óleos vegetais extraídos
de diversas matérias-primas, como palma, mamona, soja, girassol, dentre outras.
Também pode ser de origem animal (como gordura suína e bovina) e resíduos da
indústria alimentícia (óleos e gorduras). Por advir de fontes renováveis e ser
menos poluente ele é considerado ecologicamente correto (MORETTI, 2013).
O óleo vegetal extraído é formado por três moléculas de ácidos graxos
ligados a uma molécula de glicerina. É necessário retirar a glicerina, pois ela torna
o óleo mais denso e viscoso, e também, quando há a combustão imparcial da
glicerina é liberado um gás muito tóxico e carcinogênico, a acroleína. O processo
para separar a glicerina dos ácidos graxos chama-se transesterificação
(MORETTI, 2013), que é apresentada na Figura 4.
Figura 4 - Reação de transesterificação.
Fonte: FERRARI et al, 2005.
O biodiesel foi divulgado pela primeira vez por na Exposição Mundial de
Paris em 1900 por Rudolf Diesel, em que comparou a eficiência de dois motores
iguais, um movido a óleo de amendoim, e o outro movido a óleo derivado do
petróleo, mostrando que ambos possuíam o mesmo desempenho (PORTAL DO
BIODIESELBR, 2014).
22
2.4. Etanol
O etanol, também conhecido como álcool etílico, é formado por átomos de
carbono, hidrogênio e oxigênio. No Brasil, devido a condições climáticas
favoráveis, é obtido principalmente através da fermentação do caldo de cana-de-
açúcar, mas em alguns países da Europa e Estados Unidos, é proveniente de
processos que usam milho, beterraba, batata etc (MORETTI, 2013).
Existem dois tipos de etanol usados como combustível: álcool etílico
hidratado e álcool etílico anidro. Segundo a resolução do órgão regulamentador
de combustíveis no Brasil, a ANP (Agência Nacional do Petroléo), ANP Nº 7, de 9
de fevereiro de 2011, o etanol hidratado deve ser utilizado em veículos
exclusivamente movidos a álcool e por veículos flex (movidos tanto por gasolina
quanto por álcool), e deve possuir uma aparência límpida e incolor. Já o etanol
anidro, é adicionado na gasolina comercializada no Brasil, e deve possuir corante
laranja, para que se possamos diferenciá-los.
2.4.1. Etanol Anidro
O etanol anidro, como seu próprio nome diz, é um álcool livre de água, e
segundo a ANP, deve possuir teor alcoólico no mínimo de 99,6% em volume. Este
combustível é adicionado a gasolina A, classificação da gasolina de maior grau de
pureza, para a formulação da gasolina C, e portanto, possui participação no
mercado de acordo com a produção e necessidade da gasolina C.
No Brasil, a gasolina vendida nos postos, que é do tipo C, desde 30 de maio
de 2013, passou de 20% para 25% de concentração de etanol anidro (ANP,
2013).
23
2.4.2. Etanol Hidratado
O etanol hidratado é o combustível encontrado diretamente nos postos de
abastecimento, e é usado em veículos movidos a álcool e flex. De acordo com a
resolução ANP nº 7 de 9 de fevereiro de 2011, seu teor alcoólico deve estar entre
95,1 a 96% em volume.
A produção de etanol hidratado, ao contrário do álcool anidro, é realizada de
acordo com os preços praticados no mercado (ANP, 2013), pois em alguns casos
é mais lucrativo para o produtor de cana-de-açúcar se concentrar na produção de
açúcar, tanto o refinado para o mercado nacional, quanto o demerara para alguns
países, que ainda preferem fazer o refino em suas usinas. Essa dinâmica de
preços do açúcar faz com que a disponibilidade do etanol hidratado nas bombas
dos postos não esteja condicionada somente pela entressafra do campo.
2.5. Diesel de cana-de-açúcar
Uma pesquisa conduzida pela empresa americana Amyris vem ganhando
atenção e respeito no cenário internacional. Eles desenvolveram um processo
para obtenção do combustível denominado diesel de cana-de-açúcar, em que
através da modificação da levedura usada na fase de fermentação do mosto, é
produzido um hidrocarboneto ao invés de etanol (OLIVEIRA, 2008).
A Figura 5 apresenta um esquema simplificado do processo, mostrando as
principais diferenças entre a produção do etanol e do diesel de cana de açúcar:
24
Figura 5 - Diferenças da produção de açúcar, etanol e diesel de cana.
Fonte: OLIVEIRA, 2008.
Contudo, o projeto ainda está em fase piloto e estuda-se tornar o
combustível economicamente viável, já que o litro custa em torno de R$9,00
(PORTAL NOVA CANA, 2014).
2.6. Número de cetano
São vários os desafios encontrados na adição do etanol ao óleo diesel,
dificuldades que vem sendo contornadas com mais estudo e pesquisa para
melhor emprego dessa mistura. Uma das principais preocupações é a redução do
índice de cetano (EGÚSQUIZA, 2011).
O número de cetanos mede a tendência do combustível entrar em ignição
espontaneamente. Em sua escala de referência, o maior valor equivale a maior
25
qualidade do diesel, ou seja, quanto maior o NC do combustível, maior a
velocidade/rapidez da combustão (SZKLO; ULLER, 2008).
Devido a combustão do motor a diesel ocorrer através do contato do ar
quente com o combustível (LIU et al, 2010), precisamos obter altos valores de
NC, pois assim, irá queimar quase instantaneamente após injetado no cilindro ou
terá um curto atraso de ignição.
Os combustíveis para motores a diesel devem possuir um índice
compreendido entre 30 a 60 cetanos. Os combustíveis mais favoráveis são
aqueles cujo índice se situa entre 45 e 50 cetanos, que são encontrados nas
frações perto do querosene (SZKLO; ULLER, 2008).
O número de cetano é obtido através de um ensaio padronizado do
combustível em um motor mono-cilíndrico, onde se compara o seu atraso de
ignição em relação a um combustível padrão com número de cetano conhecido
(SZKLO; ULLER, 2008).
2.7. Utilização de combustíveis alternativos ao óleo diesel
2.7.1. Aplicação nos caminhões de usinas alcooleiras
Nas usinas alcooleiras há um grande dispêndio de óleo diesel nos
caminhões para o transporte da cana-de-açúcar da lavoura até a usina. Como
geralmente essas usinas possuem também a fabricação de etanol, os usineiros
costumam misturar o etanol no óleo diesel para reduzir os gastos com a compra
do óleo combustível, essa prática, quando informal, é conhecida com o nome
“rabo de galo” (PORTAL RAIZEN, 2014).
Em Catanduva, interior de São Paulo, há testes em andamento desde 1998
na usina Virgolino de Oliveira S/A Açúcar e Álcool, utilizando uma mistura de 7%
26
m/m de etanol anidro com 93% de diesel. Para evitar a separação de fases, é
adicionado no tanque primeiramente o etanol anidro, e depois o óleo diesel
(KOYKE et al, 2006).
A grande preocupação era a perda energética, pois o etanol anidro possui
um poder calorífico de 5.596 kcal/L, e o diesel é de 9.252 kcal/L. Efetuando-se os
cálculos para a mistura de 7% de etanol anidro e 93% de diesel, tem-se que o
poder calorífico da mistura é de 8.996 kcal/L, sendo cerca de 3% inferior ao do
diesel puro (KOYKE et al, 2006).
Depois de várias safras, foi verificado que não houve mudanças
significativas nos caminhões que utilizavam o diesel puro dos que utilizavam a
mistura com etanol, e o grupo que dirige a Usina concordou em fazer apenas as
análises do óleo (viscosidade a 40ºC, ponto de fulgor e sólidos insolúveis)
(KOYKE et al, 2006). As Figura 6 até Figura 11 mostram as análises realizadas
durante a validação da mistura.
Figura 6 - Gráfico relacionando consumo de combustível anual da frota 131xx
Fonte: (KOYKE et al, 2006)
27
Figura 7 - Gráfico relacionando rendimento energético anual da frota 131xx.
Fonte: (KOYKE et al, 2006).
Figura 8 - Análises de óleo efetuadas para caminhões com 7% de álcool.
Fonte: KOYKE et al, 2006.
28
Figura 9 - Análises de óleo efetuadas para caminhões utilizando diesel puro.
Fonte: (KOYKE et al, 2006).
Figura 10 - Durabilidade de bicos injetores na frota 131xx.
Fonte: (KOYKE et al, 2006).
Figura 11 - Durabilidade de bombas injetoras na frota 131xx.
Fonte: (KOYKE et al, 2006).
Um estudo recente realizado por Moretti (2013) foi conduzido na
Universidade de Campinas (UNICAMP), onde foram analisados dois tipos de
composição para a mistura diesel, biodiesel e etanol, consistindo no óleo diesel
disponível nas bombas dos postos de combustível que já possui 5% de biodiesel,
29
e adicionando de 2 a 3% de etanol anidro (pois verificou-se que o uso de etanol
hidratado formavam gotículas de água no recipiente) (MORETTI, 2013).
Alguns testes realizados comprovaram que a mistura proposta possui um
número de cetano próximo ao do óleo diesel, fazendo com que a combustão dos
motores permanecesse praticamente a mesma, como indica a Figura 12:
Figura 12 – Análises de Cetano
Fonte: Moretti, 2013.
Além das análises de cetano, foram conduzidos testes como lubricidade,
ponto de fulgor, pressão de vapor e estabilidade da mistura em baixas
temperaturas, para avaliar qual a melhor proporção de etanol na mistura em que
não seria necessário adicionar aditivos. Ao final do estudo, Moretti (2013) concluiu
que a melhor porcentagem adequada seria de 3% de etanol (MORETTI, 2013).
Após essa conclusão, Moretti (2013) fez uma análise de viabilidade
financeira, apresentada na Figura 13, para avaliar a economia que uma usina de
álcool com uma frota de 50 caminhões teria ao final de 5 anos, e chegou a um
valor de mais de 1 milhão e oitocentos mil reais (MORETTI, 2013).
30
Figura 13 - Análise de viabilidade financeira
Fonte: Moretti, 2013.
2.7.2. Aplicação nas frotas de ônibus urbanos
Curitiba foi a capital pioneira no uso de combustíveis alternativos, a URBS
(Urbanização de Curitiba SA – empresa que controla o sistema de transporte
público da cidade de Curitiba) realizou testes de 1995 a 1998 em 5 ônibus
urbanos, utilizando 95% de etanol e 5% de aditivo. Em 1998 conduziu testes
utilizando a mistura B20 (80% diesel metropolitano e 20% de éster metílico de
soja). Já em 1999, utilizou em 20 ônibus municipais uma mistura denominada
MAD 8, que consiste em 89,4% de diesel, 8% álcool anidro e 2,6% de aditivo co-
solvente (a base de soja). Os testes na época foram muito satisfatórios,
apontando reduções em torno de 32% no índice de opacidade (PORTAL URBS
CURITIBA, 2014).
31
Em julho de 2010 a SPtrans - a São Paulo Transporte, que é responsável
pela gestão do sistema de transporte público por ônibus em São Paulo- iniciou
testes em 3 ônibus da capital paulista movidos com uma nova mistura de
combustível: 90% diesel S50 (óleo diesel metropolitano, que possui valores mais
baixos de enxofre numa tentativa de reduzir as emissões de poluentes) e 10% de
diesel de cana-de-açúcar. Segundo a empresa que fabrica os caminhões, a alemã
Mercedes Benz, testes realizados com essa mistura resultaram na redução de 9%
nas emissões de materiais particulados (PORTAL SPTRANS, 2014), provando
ser uma nova alternativa para melhorar a qualidade do ar nos grandes centros
urbanos.
Com o sucesso dos testes, a utilização do diesel de cana foi estendida para
cerca de 300 ônibus. Esse número ficou limitado porque depende do sucesso da
produtora do combustível Amyris, que ainda estuda o melhor processo de
obtenção do mesmo em larga escala em custos competitivos. Em 2013, a frota foi
aumentada para cerca de 400 ônibus, e há planos para testes para utilização de
100% de diesel de cana, aumentando as parcerias com as montadoras de ônibus,
como a Volvo e a MAN (PORTAL NOVA CANA, 2014).
Já em 2011 no Rio de Janeiro, devido ao sucesso dos testes realizados em
São Paulo, foram iniciados testes utilizando a mistura de 30% de diesel de cana-
de-açúcar com 70% de diesel metropolitano S50 (B5), englobando cerca de 30
ônibus municipais (PORTAL MERCEDES-BENZ, 2014).
Com o êxito demonstrado em São Paulo e Rio de Janeiro, a fabricante
alemã Mercedes Benz deu mais um salto na utilização do diesel de cana,
colocando em circulação em São Paulo 100 ônibus movidos somente a diesel de
cana, fazendo parte da Ecofrota. Além disso, a empresa já apresenta resultados
sobre a utilização de diesel B20, atestando a eficácia em seus motores de
qualquer modelo e ano, destacando a redução de até 35% na emissão de
material particulado (PORTAL MERCEDES-BENZ, 2014).
32
2.8. Testes realizados no exterior
Algumas empresas já veem conduzindo testes e fazendo adaptações em
seus motores em outros países, como a alemã MAN, que lançou na Europa um
protótipo de um caminhão movido a uma mistura de 55% de etanol no óleo diesel
(PORTAL RAIZEN, 2014).
Já a Japonesa Toyota, que se destacou com o lançamento mundial do
híbrido Prius (movido a eletricidade e também a gasolina), manifestou interesse
de investir no desenvolvimento de um modelo também movido a etanol aqui no
Brasil, caso o modelo venha a ser produzido também por aqui (PORTAL RAIZEN,
2014).
De acordo com a UNICA, União da Indústria de Cana-de-Açúcar, no final de
2013 cerca de 60 países já adotam algum tipo de mistura obrigatória de
biocombustíveis em combustíveis fósseis, mostrando que o uso de bicombustíveis
é uma tendência mundial (PORTAL UNICA, 2014).
33
3. METODOLOGIA
3.1. Classificação da metodologia
Na presente monografia foi aplicada a metodologia revisão bibliográfica,
onde a pesquisa é conduzida, segundo Bento (2012), em fontes primárias (livros e
artigos científicos onde contêm trabalhos originais) e revisão e leitura de fontes
secundárias (textos que discutem e interpretam trabalhos de outros autores, para
obter uma visão geral e rápida do assunto) (BENTO, 2012).
A partir da pesquisa foi traçado um objetivo para delimitar o trabalho,
evitando estender e prolongar a base teórica. Com isso, foi possível obter uma
revisão mais concisa e não apresentar abordagens infrutíferas (BENTO, 2012).
3.2. Aplicação da Metodologia de pesquisa
Através da leitura de inúmeros artigos e trabalhos, para ter uma visão geral
sobre o tema, foi iniciada a busca por trabalhos e publicações de dados mais
atuais e de fontes confiáveis, como o próprio governo federal, que possui órgãos
reguladores de combustíveis como a Agência Nacional do Petróleo, que
disponibiliza dados comerciais de todos os combustíveis e biocombustíveis
utilizados em território nacional.
Após a fundamentação teórica redigida e com os dados comerciais em mãos,
foi iniciado o estudo mais aprofundado do mercado brasileiro, verificando
consumo e oferta dos combustíveis, e averiguando as tendências e causas que
levavam a dados discrepantes, como a queda da produção de etanol hidratado
em 2012, indo contra a tendência de aumento dos últimos anos.
34
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Mercado do óleo diesel
O óleo diesel é de extrema importância para a economia Brasileira, uma vez
que o país possui um sistema de frete em sua maioria por transporte rodoviário, e
também, uma frota extensa de ônibus para passageiros com locomoções urbanas
e interestaduais (PORTAL RAIZEN, 2014), o que faz com que a demanda desse
combustível seja muito alta.
A Figura 14 apresenta um gráfico divulgado pelo Ministério de Minas e
Energia sobre o volume de combustível utilizado no transporte em 2012, em
tonelada equivalente de petróleo:
Figura 14 - Consumo de combustível no transporte
Fonte: EPE, 2013.
35
Devido a alta demanda, como observado na Figura 14, o óleo diesel
representa quase 30% das importações de combustíveis energéticos,
comprovando a necessidade do Brasil possuir alternativas em caso de outra crise
do Petróleo ocorrer. Dados sobre importações de derivados de petróleo são
apresentados na Figura 15.
Figura 15 - Importações de derivados energéticos do petróleo.
Fonte: ANP, 2013.
Com a alta valorização do dólar, e com as importações do óleo diesel
crescendo a cada ano, podemos esperar alta dos preços nas bombas de
combustíveis pelo país, mesmo com a medida do governo em aumentar a
porcentagem de biodiesel, que veio para tentar segurar o aumento do valor final
para o consumidor.
4.2. Mercado dos biocombustíveis
4.2.1. Mercado do etanol anidro e etanol hidratado
Em 2012, a produção de etanol anidro teve um aumento de 11,4% em
relação a 2011, conforme Figura 16, totalizando um volume aproximadamente de
9,7 milhões de m³ (ANP, 2013).
36
Figura 16 - Evolução na Produção de etanol anidro.
Fonte: ANP, 2013.
No mesmo ano, a produção de etanol hidratado caiu aproximadamente 2,5%
em relação a 2011, conforme Figura 17, totalizando um volume de 13,9 milhões
de m³ (ANP, 2013).
Figura 17 - Evolução na Produção de etanol hidratado.
Fonte: ANP, 2013.
O que causou essa discrepância entre a produção de etanol anidro e
hidratado foi a medida provisória criada para diminuir a porcentagem de etanol
na gasolina (redução de 25% para 20%), adotada para controlar a inflação dos
combustíveis, já que devido a problemas na lavoura no centro-sul causou a
diminuição da produção e consequentemente elevou os preços nas bombas,
forçando a interferência do governo. E especificamente naquele ano, foi mais
vantajosa a produção de açúcar do que o de etanol, alterando a
disponibilidade de álcool no mercado (ANP, 2013).
Contudo, o mercado da cana-de-açúcar já apresentou melhoras nos anos
seguintes, fazendo com que a porcentagem de etanol voltasse novamente
para 25% na gasolina.
37
4.2.2. Biodiesel
Em 2012, a produção de biodiesel foi de aproximadamente 2,7 milhões de
m³, o que representou uma estagnação da produção em relação a 2011. Mas
segundo dados recentes divulgados pela ANP, em 2013 a produção de biodiesel
teve um aumento de quase 7,4% (ANP, 2014), impulsionado principalmente pelo
aumento da porcentagem de adição de biodiesel no óleo diesel. A demanda de
biodiesel é mostrada na Figura 18.
Figura 18 - Evolução da produção de biodiesel no Brasil.
Fonte: Adaptado ANP, 2014.
A produção de biodiesel do ano de 2012, como dito anteriormente, foi de
aproximadamente 2,7 milhões de m³, o que representa 36% da capacidade total
de produção do Brasil (ANP, 2013). O mapa que correlaciona a capacidade
nominal e produção real para o biodiesel é mostrado na Figura 19.
-
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
3.000.000
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Vo
lum
e d
e b
iod
iese
l (m
³)
Evolução da produção de biodiesel no Brasil
38
Figura 19 - Mapa da capacidade nominal para a produção de biodiesel e produção real.
Fonte: ANP, 2013.
Esse cenário é devido principalmente pela falta de incentivos
governamentais, mas que já está mostrando sinais de mudanças em 2014 (ANP,
2014), com o aumento da porcentagem de biodiesel adicionado no diesel, que
passou de 5% para 7% (PORTAL GLOBO, 2014).
39
Contudo, essa porcentagem poderá ser elevada nos próximos anos, levando
em conta a extensa capacidade nominal de produção do Brasil, que além de
reduzir as importações e gastos com o óleo diesel, podem gerar mais empregos
no campo e desenvolver e incentivar mais esse setor da economia.
4.3. Legislação Brasileira
4.3.1. Biodiesel
O biodiesel vem recebendo incentivos governamentais para a sua produção,
como isenção de IPI, leis obrigando sua adição no óleo diesel entre outros (ANP,
2013)
Em 20 de maio de 2005 foi publicado o decreto Nº 5.448, que autorizou a
adição de 2% de biodiesel no óleo diesel, que passou a ser denominada B2 (a
denominação B100 se refere a um combustível 100% de biodiesel). Depois, o
CNPE (Conselho Nacional de Política Energética) tornou obrigatória a adição de
5% do biodiesel a partir de 1 de janeiro de 2010 (ANP, 2013).
Em 2014, foi assinada a medida provisória para aumentar a proporção de
biodiesel no óleo diesel para 6% a partir do dia 1 de julho de 2014, e essa mistura
seria elevada para 7% em novembro do mesmo ano. Esse aumento tem um dos
objetivos diminuir a importação do óleo diesel em 1,2 bilhões de litros ao ano, o
que significa que a Petrobrás deixará de gastar cerca de US$ 1 bilhão em
importações (PORTAL GLOBO, 2014).
40
4.3.2. PROCONVE
Todo estudo para o desenvolvimento de combustíveis alternativos não é
somente pelo fator econômico e provável escassez dos derivados do petróleo,
mas também é movido pelas legislações ambientais vigentes, como o
PROCONVE.
O PROCONVE, o Programa de Controle de Poluição de Veículos, foi criado
em 1986 pelo Conselho Ambiental do Meio Ambiente (Conama), com o fim de
controlar a qualidade do ar em centros urbanos, e estabelece metas cada vez
mais rígidas para o controle das emissões de gases tóxicos por todos os veículos
automotores (MME, 2010).
Os veículos pesados foram classificados em duas categorias, os
automotores em geral com massa total máxima maior que 3856 kg, e veículos de
transporte de pessoas/cargas com massa maior que 2720kg. Verificou-se que
essas duas categorias são as principais emissoras de material particulado e
óxidos de nitrogênio (MME, 2010), e por isso verifica-se uma constante
preocupação em relação à elas.
A Figura 20 apresenta o resumo de cada etapa do PROCONVE para
veículos pesados (nesse trabalho não será citado os dados para veículos leves,
pois não faz parte do objetivo do mesmo):
41
Figura 20 - Estratégia do PROCONVE para veículos pesados.
Fonte: MME, 2010.
O IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente) não exigiu legalmente a
redução das emissões gasosas para as fases P-1 e P-2, mas para o P-3 em
diante passou a ser obrigatório devido a Lei no 8.723 de 28 de outubro de 1993,
que deu autonomia para o CONAMA definir os limites e metas para o programa. A
Figura 21 demonstra a evolução dos limites de emissão para veículos pesados:
42
Figura 21 - Evolução dos limites de emissão para veículos pesados.
Fonte: MME, 2010.
Nota-se que houve muito progresso desde a implementação do programa,
com reduções na faixa de 90% nas emissões de monóxido de carbono e 80% nas
emissões de óxidos de nitrogênio, mostrando a importância e sucesso do
PROCONVE.
4.3.3. O Estado e a cidade de São Paulo
Em 5 de junho de 2009 foi assinada a lei municipal nº 14.933, instituindo a
Política de Mudança do Clima no Munício de São Paulo. A lei definiu metas claras
e objetivas, como a meta progressiva de redução de no mínimo 10% a cada ano,
a partir de 2009 até 2018, da utilização de combustíveis fósseis em todos os
ônibus de transporte público da cidade, ou seja, em 2018 toda a frota deverá ser
movida 100% com combustíveis renováveis de origem não fóssil.
Nesse cenário, em 9 de novembro de 2009, o governador do estado de São
Paulo instituiu a lei nº 13.798 - Política Estadual de Mudanças Climáticas –
PEMC, que mostrou também a preocupação do estado em relação as mudanças
climáticas. A lei prevê a redução de 20% das emissões de gás carbônico, com
43
base nas emissões de 2005, e também, estabeleceu a criação do Conselho
Estadual de Mudanças Climáticas, para ser responsável pela fiscalização e
execução da lei.
Essas duas principais medidas colocam o estado e a cidade de São Paulo
como destaque no esforço em combater e substituir os combustíveis de origem
fóssil, sendo protagonistas em testes e projetos de montadoras e centros de
pesquisas dos setores privados e públicos.
4.4. Desafios
4.4.1. Dificuldades e adaptações realizadas nos motores de caminhões e ônibus
Devido a baixa solubilidade do etanol no óleo diesel, alto calor latente de
vaporização do álcool, baixo índice de cetano do etanol (atrasando a ignição) e a
ausência de lubricidade do etanol (EGÚSQUIZA, 2011)., fizeram com que
algumas modificações se tornassem necessárias para o bom funcionamento dos
automotores.
Para que a adição fosse possível em alguns casos, modificações foram
realizadas nos motores ou sistema de injeção (EGÚSQUIZA, 2011). Em outros
casos, as modificações foram realizadas quimicamente (KOYKE et al, 2006). A
Figura 22 resume a evolução de cada fase desse estudo:
44
Figura 22 - Resumo das fases dos estudos da adição de etanol no óleo diesel.
Substituição parcial através de misturas álcool-diesel;
Substituição parcial por meio de misturas álcool-diesel utilizando surfactantes (emulsões);
Substituição parcial pela dosagem do álcool no coletor de admissão (“fumigação”), com jato piloto diesel na câmara de combustão;
Substituição parcial pelo uso da dupla injeção (uma para o álcool e outra para o óleo diesel), liberando os combustíveis diretamente na câmara de combustão;
Substituição total através da conversão do motor do ciclo Diesel para o ciclo Otto (“ottolização”);
Substituição total pela aditivação dos álcoois como promovedores de ignição (para aumentar o número de cetano), além de lubrificantes e inibidores da corrosão.
Fonte: MME, 2010.
4.5. Considerações finais
O estudo sobre o mercado de adição de etanol em óleo diesel revelou que o
País ainda tem um potencial muito grande para expansão. Novos estudos estão
sendo conduzidos para adicionar o biodiesel na mistura para aumentar a
solubilidade do etanol, e que resolverá problemas como lubricidade, índice de
cetano e tempo de ignição.
Com os programas de incentivos governamentais para a produção de
biocombustíveis, o aumento da quantidade adicionada no biodiesel no óleo diesel;
a alta dependência da importação do combustível, e principalmente a forte
valorização do dólar, tornou-se fundamental para a economia do país o uso de
misturas no diesel.
Além das vantagens econômicas, não se pode deixar de lado os ganhos
ambientais, como a melhora da qualidade do ar. E com leis cada vez mais rígidas
para o controle de emissões e pressões de órgãos ambientais, tornam mandatória
45
a adesão por parte das montadoras para desenvolverem e adaptarem motores
para serem movidos pela mistura etanol/diesel e etanol/diesel/biodiesel.
Verificou-se que a adição de etanol e biocombustíveis no óleo diesel é uma
tendência, que contribuirá não somente para movimentar a economia do país,
mas que auxiliará muito no combate a poluição das grandes cidades brasileiras.
46
5. CONCLUSÃO
O estudo de mercado da presente monografia avaliou os aspectos gerais do
mercado consumidor, demanda e produção do óleo diesel, etanol e biodiesel,
fazendo desde uma conceituação básica de cada combustível até um estudo da
capacidade produtiva, abordagem regulatória e apresentação de dados que
revelam a necessidade de uma alternativa energética para equilibrar a economia
do país.Com isso, foi possível verificar que os objetivos, geral e específico,
estabelecidos no inicio do trabalho, foram alcançados.
Identificou-se que a utilização do etanol e de biocombustíveis é uma
estratégia da política governamental de combustíveis, para reduzir dependência
de importações que traz vantagens econômicas, além de contribuir para redução
de poluição atmosférica, que tem sido incorporada pela legislação ambiental
brasileira.
47
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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