SECRETARIA DACIÊNCIA, TECNOLOGIA, DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E TURISMO USOS DO BIODIESEL: Ensaios...

SECRETARIA DACIÊNCIA, TECNOLOGIA, SECRETARIA DACIÊNCIA, TECNOLOGIA, DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E TURISMODESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E TURISMO

USOS DO BIODIESEL: USOS DO BIODIESEL: Ensaios Dinamométricos de Ensaios Dinamométricos de

Desempenho e EmissõesDesempenho e EmissõesFrancisco E. B. Nigro

11/outubro/2005

ABNT – SeminárioABNT – Seminário

BIODIESELBIODIESEL - do Campo ao Uso - do Campo ao Uso


Ensaios de Desempenho, Consumo e Ensaios de Desempenho, Consumo e Emissão de Poluentes (HC, CO, NOx, MP)Emissão de Poluentes (HC, CO, NOx, MP)

-Diesel Metropolitano como ReferênciaDiesel Metropolitano como Referência-Biodiesel Metílico X Etílico de Soja e MamonaBiodiesel Metílico X Etílico de Soja e Mamona-Dois Tipos de Motores Veiculares (um rápido)Dois Tipos de Motores Veiculares (um rápido)-Percentuais de Biodiesel na ordem seguinte :Percentuais de Biodiesel na ordem seguinte :

D; B5MS; B5ES; B20MS; B20ES; D; B2MM; B2EM; D; B5MS; B5ES; B20MS; B20ES; D; B2MM; B2EM;

B5MM; B5EM; D; B20MM; B20EM; D; B50MS; B50ES;B5MM; B5EM; D; B20MM; B20EM; D; B50MS; B50ES;

B100MS; B100ES; DB100MS; B100ES; D


Ensaios de Durabilidade de 1000 horasEnsaios de Durabilidade de 1000 horas

-Dois Tipos de Motores Veiculares (um rápido)Dois Tipos de Motores Veiculares (um rápido)-Dois Motores de cada Tipo, um com Biodiesel Etílico Dois Motores de cada Tipo, um com Biodiesel Etílico de Soja e o outro com BE de Mamonade Soja e o outro com BE de Mamona-Percentuais a Serem Definidos nos Ensaios de Percentuais a Serem Definidos nos Ensaios de EmissãoEmissão-Protocolamento do Motor e Sistema de InjeçãoProtocolamento do Motor e Sistema de Injeção-Acompanhamento de Desempenho e Consumo, Acompanhamento de Desempenho e Consumo, Temperaturas e Pressões, Desempenho do Temperaturas e Pressões, Desempenho do LubrificanteLubrificante-Avaliação Final dos Motores e Sistemas de InjeçãoAvaliação Final dos Motores e Sistemas de Injeção


Que Resultados Esperar?Que Resultados Esperar?

Com base em extensos estudos realizados no Brasil na década de 80, ensaios recentes, dados da literatura internacional e nas propriedades fisico-químicas dos ésteres, espera-se, sem qualquer alteração da calibração dos motores:

– Perda de ~6% no torque e potência para substituição completa do diesel por biodiesel (B100)

– Aumento de 11% do consumo mássico de combustível para B100

– Variações proporcionalmente menores para outros percentuais

– Alterações toleráveis do processo de combustão


Emissão de CO e HCEmissão de CO e HC

Emissão de CO

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100

Carga (%)

CO

(ppm

)

DieselBiodiesel

Emissão de HC

0

20

40

60

80

0 20 40 60 80 100

Carga (%)

HC

(ppm

)

Diesel

Biodiesel


Emissão de NOx e FuligemEmissão de NOx e Fuligem

Emissão de NOx

0

200

400

600

800

1000

0 20 40 60 80 100

Carga (%)

NO

x (p

pm

)..

Diesel

Biodiesel

Emissão de Fuligem

0

2

4

6

8

10

0 20 40 60 80 100

Carga (%)

Fulig

em (g/h

)..

Diesel

Biodiesel

Apesar da fuligem ser cerca de 4 X menor, o MP é 1,8 X menor


– Nº de cetano mais elevado que o diesel (> 50)

– Oxigenado (~ 11% em peso) redução de CO e fumaça

– Teores de enxofre e de aromáticos praticamente nulos (redução de emissões não regulamentadas).

– Lubricidade mais elevada que o diesel (1% de biodiesel melhora a lubricidade do diesel em até 65%).

– Viscosidade na mesma faixa do diesel (exceto mamona)

Propriedades importantes dos ésteres para uso em Propriedades importantes dos ésteres para uso em motores diesel:motores diesel:


Propriedades dos ésteres para uso em motores diesel Propriedades dos ésteres para uso em motores diesel ::

Curvas de Destilação

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100

Porcentagem Destilada

Te

mp

era

tura

(o

C)

EMOB

EMOS

DIESEL


PPOORRCCEENNTTUUAALL DDEE ÁÁCCIIDDOOSS GGRRAAXXOOSS CCOOMMPPOONNEENNTTEESS DDEE ÓÓLLEEOOSS VVEEGGEETTAAIISS

Componente No

Duplas Fórmula Babaçu Palma Colza Soja Mamona

Caprílico 0 C7H15COOH 4 – 7

Cáprico 0 C9H19COOH 3 – 6

Láurico 0 C11H23COOH 44 – 46

Mirístico 0 C13H27COOH 15 – 20 1 - 3 1 1 – 2

Palmítico 0 C15H31COOH 6 – 9 35 – 43 1 6 – 10

Esteárico 0 C17H35COOH 3 - 5 3 - 5 1 – 2 2 – 4 1

Oleico 1 C17H33COOH 34 – 56 25 – 30 20 – 30 6 - 10

Linoleico 2 C17H31COOH 9 – 11 14 – 15 50 – 58 4 - 5

Linolênico 3 C17H29COOH 4 - 9

Ricinoleico -OH+1 C17H33OCOOH 85 -90

Erúcico 1 C21H41COOH 43 - 57

ÍNDICE DE IODO 9 - 18 50 - 60 94 – 102 125 - 140 80-90


Razão Aparente de Liberação de Calor

-2

0

2

4

6

-60 -40 -20 0 20 40 60

Ângulo de Virabrequim

dQ

/dte

ta(J

/cm

3/r

ad

)

- Medição da pressão na câmara em função da posição do virabrequim permite cálculos de diversos parâmetros relativos à combustão:


Resultados de LiteraturaResultados de Literatura

• Ref. “A Comprehensive Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions” EPA 420 p- 02- 001, october 2002;

– Redução dos poluentes regulamentados com exceção do NOx

– Redução dos principais poluentes não regulamentados

– Redução de 50% no potencial de orgânicos de gerar ozônio

– Baixa toxicidade (ingestão, absorção pela pele)

– Elevada biodegradabilidade em água (20% de éster faz o diesel degradar-se 2 vezes mais rápido)


Variação da Emissão de Poluentes pelo Uso do Biodiesel (valores médios de mais de 600 observações, referentes

principalmente a caminhões pesados)


Variação porcentual do NOx para diferentes fontes de biodiesel


Variação do Material Particulado para diferentes fontes de biodiesel


Efeito do tipo de diesel na variação porcentual do NOx

Diesel regular:Número cetano - 44;Enxofre – 333 ppm;Aromáticos – 35%.

Diesel Limpo:Número cetano > 52;Densidade < 0,84;Aromáticos < 25%.


Efeito do tipo de diesel na variação de Material Particulado


Efeito do tipo de diesel na variação do teor de HC


Efeito do tipo de diesel na variação do teor de CO


Comparação da soma dos materiais tóxicos não regulamentados e HC


CONCLUSÕES:CONCLUSÕES:

- Os ensaios comparativos de desempenho, emissões e durabilidade entre os ésteres etílico e metílico de soja deverão permitir extender a experiência internacional de uso de éster metílico de óleo de soja, para o etílico.

- Os ensaios de desempenho, emissões e durabilidade de motores operando com ésteres de óleo de mamona, e a comparação de resultados com os obtidos com diesel e ésteres de soja, permitirão avaliar o potencial de uso daqueles ésteres.


- As experiências, tanto antigas quanto recentes, indicam que os ésteres de óleos vegetais são combustíveis alternativos adequados a motores Diesel. Entretanto, aqueles com Índices de Iodo mais elevados apresentam menores vantagens (maior risco de depósitos e menores benefícios ambientais).

- Os benefícios ambientais do uso do biodiesel parecem ser tanto maiores quanto “menos limpo” for o óleo diesel de referência, mesmo considerando-se uma mesma tecnologia de motores.

CONCLUSÕES (continuação)CONCLUSÕES (continuação)

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