secretaria daciÊncia, tecnologia, desenvolvimento econÔmico e turismo usos do biodiesel: ensaios...
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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– 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:
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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
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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
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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:
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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)
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Variação da Emissão de Poluentes pelo Uso do Biodiesel (valores médios de mais de 600 observações, referentes
principalmente a caminhões pesados)
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Variação porcentual do NOx para diferentes fontes de biodiesel
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Variação do Material Particulado para diferentes fontes de biodiesel
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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%.
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Efeito do tipo de diesel na variação de Material Particulado
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Efeito do tipo de diesel na variação do teor de HC
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Efeito do tipo de diesel na variação do teor de CO
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Comparação da soma dos materiais tóxicos não regulamentados e HC
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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.
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- 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)