Nuevos biocombustibles, motores más eficientes Tendências/impacto de biocombustibles

Prof. Dr. Antonio Moreira dos Santos

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola de Engenharia de São Carlos

Fonte:

FUNDAMENTOS RELATIVOS À COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO EM MOTORES DE IGNIÇÃO POR CENTELHA

Principais características requeridas dos combustíveis para motores de ignição por centelha: - Elevada razão crítica de compressão. - Elevada temperatura de autoignição. - Elevada octanagem. - Elevada tonalidade térmica (densidade energética da mistura ar-combustível estequiométrica). Principais características requeridas dos combustíveis para motores de ignição por compressão: - Baixa razão crítica de compressão. - Baixa temperatura de autoignição. - Cetanagem acima 50. - Elevada tonalidade térmica (densidade energética da mistura ar-combustível estequiométrica).

RAZÃO DE COMPRESSÃO CRÍTICA:

É a taxa de compressão na qual, sob condições de operações severas, o combustível apresenta detonação audível.

Condições do motor de teste da Razão Crítica de compressão:

-Rotação do motor: 600 rpm.

- Temperatura do ar de admissão: 176 oC.

Metano (GNV)

GLP (30% Butano + 70% Propano

Hidrocarboneto representativo da gasolina.

ESTRUTURA MOLECULAR x RAZÃO CRÍTICA DE

COMPRESSÃO

Hidrocarboneto representativo da gasolina.

Hidrocarbonetos representativos do diesel.

Hidrocarboneto representativo do gás natural ou do biogás purificado.

ESTRUTURA MOLECULAR x TEMPERATURA DE

AUTOIGNIÇÃO

Observação: O combustível de maior tonalidade térmica volumétrica dará a maior potência, quando se comparam motores de mesma cilindrada e mesma taxa de compressão, tendo-se otimizado a razão ar-combustível e ponto de ignição de cada um.

./68,3 mistl lkJTT

TONALIDADE TÉRMICA DOS COMBUSTÍVEIS PARA IGNIÇÃO POR CENTELHA

Energia contida em um litro de mistura ar-etanol estequiométrica

Tonalidade Térmica do Etanol:

Tonalidade Térmica da gasolina: ./31,3 mistl lkJTT

./25,3 mistl lkJTT Tonalidade Térmica do metano:

Curvas de Desempenho:

80

100

120

140

160

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1000 RPM

TO

RQ

UE

[N

m]

0

20

40

60

80

PO

TÊ

NC

IA [

kW

]

Gasolina

Álcool .

POTÊNCIA DE UM MOTOR TOTAL FLEX

COMBUSTÍVEIS COMERCIAIS NO BRASIL Regulamentados pela Agência Nacional do Petróleo - ANP

Para motores de Ignição por centelha: I – Gasolina A: É a produzida no País, a importada ou a formulada pelos agentes econômicos autorizados para cada caso, isenta de componentes oxigenados e que atenda ao Regulamento Técnico. Esta gasolina é fornecida apenas aos agentes distribuidores de combustíveis. II – Gasolina C: É aquela constituída de gasolina A e álcool etílico anidro combustível, nas proporções e especificações definidas pela legislação em vigor e que atenda ao Regulamento Técnico. Esta gasolina é preparada pelos agentes distribuidores e fornecida aos posto de combustíveis para venda à população.

Para motores de Ignição por centelha: I - Álcool Etílico Anidro Combustível (AEAC) - é aquele produzido no País ou importado pelos agentes econômicos autorizados. O AEAC é utilizado em mistura com a gasolina A para formulação da gasolina C. Lei atual manda colorir de Amarelo para evitar a adição de água e a venda como AEHC. II - Álcool Etílico Hidratado Combustível (AEHC) - é aquele produzido no País ou importado por agentes econômicos autorizados. O AEHC é utilizado como combustível em motores de combustão interna de ignição por centelha.

COMBUSTÍVEIS COMERCIAIS NO BRASIL Regulamentados pela Agência Nacional do Petróleo - ANP

Gasolina comum Tipo A: mínimo de ??? MON

mínimo de ??? IAD RESOLUÇÃO ANP Nº 57- DOU 21.10.2011

Gasolina comum Tipo C: mínimo de 82 MON

mínimo de 87 IAD RESOLUÇÃO ANP Nº 57- DOU 21.10.2011

Gasolina premium Tipo C: mínimo de 91 IAD RESOLUÇÃO ANP Nº 57- DOU 21.10.2011

Álcool Etílico Anidro Combustível (AEAC): 100

Álcool Etílico Hidratado Combustível (AEHC): 102 – 130 ROM

89 – 96 MON

Metano (principal componente do GNV): 110 MON

OCTANAGEM DOS COMBUSTÍVEIS BRASILEIROS PARA MOTORES DE IGNIÇÃO POR CENTELHA

GASOLINA C

ADEQUAÇÃO DOS VEÍCULOS IMPORTADOS PARA O MERCADO BRASILEIRO

São estratégia especificas de cada montadora, a maioria segue o seguinte: - Não há mudança alguma de hardware, se o veículo foi produzido em países que já usam misturas gasolina/etanol ou etanol puro. - Calibração da razão Ar-Combustível otimizada para Gasohol (gasolina C). - Calibração de transiente otimizada para dirigibilidade, partida e emissões. - Ajuste de calibração de OBD – On Board Diagnostics para atender legislação Brasileira. - Caso o veículo tenha sido produzido para uso exclusivo de gasolina, é necessário também mudanças em Hardware, tais como: pistões, anéis, sede de válvula e em alguns casos válvulas, tanque e bomba de combustível.

Obs: Os veículos flex não tem tido problema algum com as novas tecnologias agregadas aos motores (Comando de válvulas variável, coletor de admissão variável, injeção direta de combustível, stop and go e etc.).

MOTOR DURATEC DIRECT 2.0L

INJEÇÃO DIRETA FLEX

Veículo: Ford Focus 2014

(Biocombustíveis e novas tecnologias)

PROCONVE / Brasil – Programa de controle de emissões veiculares

BIODIESEL NO BRASIL (motores de Ignição por compressão) PNPB - Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel

Lançado dezembro de 2004.

Objetivo: Introduzir o biodiesel na matriz energética brasileira, com enfoque na inclusão social e no desenvolvimento regional. Regularmente, o biodiesel é vendido misturado ao diesel de petróleo em mais de 30 mil postos de abastecimento espalhados pelo país. A produção de Biodiesel, no Brasil, saltou de 69 milhões de litros em 2006 para mais de 2,7 bilhões de litros em 2013. Esse resultado credencia o Brasil como um dos maiores mercado mundiais de biodiesel.

Fonte:

DIESEL DE CANA DE AÇUCAR FARNEZENO

A empresa Amyris, desenvolveu modificações genéticas em linhagens comerciais da levedura Saccharomyces cerevisiae, responsável por transformar o caldo de cana em etanol durante o processo de fermentação nas usinas. A transformação faz o microorganismo secretar uma substância chamada farneseno, em vez de etanol, que pode ser utilizado em qualquer motor diesel, principalmente em caminhões, ônibus e tratores. Fonte: Bioenergia; Marcos de Oliveira. http://revistapesquisa.fapesp.br/wp content/uploads/2008/11/90_911.pdf

Property Units Method

ASTM

Sugarcane

Diesel S50 Diesel

Carbon % D5291 84,71 85,54

Hydrogen % D5291 15,31 14,46

Cetane Number D613 58,0 49

Lower Heating Value MJ kg-1 D240 43.91 -

High Heating Value MJ kg-1 D240 - 45,3

Mass Density Kg/m3 D4052 768,7 842,6

Kinematic Viscosity

40 °C cst D 445 2,30 2,73

Table 1: Propriedades físicas e químicas dos combustíveis Diesel S50 e Diesel de cana

FONTE: A Comprehensive Evaluation of Performance and Emissions from Sugar Cane Diesel in Medium Duty Engines Gian G. Marques and Lian S. Izquierdo MAN Latin America Guilherme N. Sanaiotti Amyris Brasil S.A.

40

60

80

100

120

140

160

180

Ob

se

rve

d P

ow

er

(KW

)

300

380

460

540

620

700

780

860

940

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

Speed (rpm)

Ov

se

rve

d T

orq

ue

(N

m)

S50 Diesel (100%)

S50 Diesel (80%) + Sugarcane Diesel (20%)

Sugarcane Diesel (100%)

CURVAS DE DESEMPENHO DE ACORDO COM NBR ISO 1585 MOTOR MAN D0834 LF05

FONTE: A Comprehensive Evaluation of Performance and Emissions from Sugar Cane Diesel in Medium Duty Engines Gian G. Marques and Lian S. Izquierdo MAN Latin America Guilherme N. Sanaiotti Amyris Brasil S.A.

PRODUÇÃO DE AUTOMÓVEIS E VEÍCULOS COMERCIAIS LEVES NO BRASIL POR TIPO DE COMBUSTÍVEL DE 1987 À 2012 – Fonte: Anuário ANFAVEA 2013

LICENCIAMENTO DE AUTOVEÍCULOS NOVOS NO BRASIL POR TIPO DE COMBUSTÍVEL DE 1990 À 2012

Fonte: Anuário ANFAVEA 2013

AUTOMÓVEIS ANTIGOS CONVIVEM COM OS MODERNOS MOVIDOS PELOS COMBUSTÍVEIS REGULAMENTADOS PELA ANP

OBRIGADO PELA ATENÇÃO

AGRADEÇO À FEDERAÇÃO NACIONAL DE BIOCOMBUSTÍBLES DE COLOMBIA PELO AMÁVEL CONVITE

O óleo diesel B pode ser estocado, pelo prazo de até um mês. O combustível estocado por período superior, considerando suas condições de armazenagem, pode deteriorar-se, apresentando formação de material insolúvel. Os tanques de armazenagem devem estar limpos, secos e protegidos de luz e de temperaturas extremas. Busca-se com isso evitar a oxidação do combustível ou a incorporação de contaminantes. Deve-se evitar a exposição do óleo diesel B a substâncias incompatíveis, como certos tipos de elastômeros e metais, de forma a minimizar a incorporação de contaminantes ao combustível, buscando-se desta forma minimizar a sua degradação. O biodiesel e suas misturas com óleo diesel A poderão apresentar formação de sedimentos decorrentes de reações de oxidação, quando em contato com materiais à base de cobre, chumbo, titânio, zinco, aços revestidos, bronze e latões. Portanto, o uso desses metais deve ser evitado, tanto no transporte como no armazenamento do biodiesel e do óleo diesel B. O biodiesel e o óleo diesel B são compatíveis com aço carbono, aço inoxidável e alumínio.

CUIDADOS COM O BIODIESEL E COM AS MISTURAS DIESEL/BIODIESEL

Após a lavagem de tanques, tubulações, bombas e filtros, o óleo diesel B deve ser circulado por todo o sistema, em volume adequado para carrear resíduos remanescentes. Em seguida, deve-se drenar todo esse volume de forma a preparar o tanque para o recebimento do produto. O biodiesel é capaz de dissolver resíduos de ferrugem e outras impurezas que se acumulam em tanques de armazenagem e transporte. Por ser baixo o teor de biodiesel no óleo diesel B, essa característica é limitada. Assim, os filtros devem ser verificados periodicamente para prevenir obstruções. A presença de ar nos tanques de armazenagem pode favorecer a oxidação do combustível. Portanto, como medida preventiva é importante manter os tanques no limite máximo permitido, reduzindo assim a quantidade de ar em contato com o combustível. É muito importante garantir a contínua renovação do conteúdo dos tanques de estocagem para reduzir a presença de combustível envelhecido. Deve ser feita semanalmente a drenagem de produto remanescente no fundo do tanque de armazenagem, para a retirada de água, material microbiológico ou outras impurezas.

CUIDADOS COM O BIODIESEL E COM AS MISTURAS DIESEL/BIODIESEL

O setor de biodiesel tem pleiteado junto ao Governo Federal o aumento da mistura do produto no diesel. Atualmente, o combustível utilizado em veículos automotores de grande porte tem que ter obrigatoriamente 5% de biodiesel (o que é chamado de B5). Para os empresários do setor, a mistura poderia chegar a 7% (B7) até o final deste ano. O impulso inicial do PNPB estimulou empresários a investir, mas a expectativa de crescimento não foi atendida. “De 63 fábricas autorizadas pela ANP, apenas 43 participaram do último leilão (realizado em abril deste ano). Foram oferecidos mais de 1 milhão de metros cúbicos e a compra não chegou nem a 500 mil. Temos capacidade ociosa entre 55 a 60%”, conta o diretor-superintendente da Associação dos Produtores de Biodiesel do Brasil (APROBIO), Julio Minelli. Fonte: http://www.sul21.com.br/jornal/destaques/setor-de-biodiesel-quer-aumento-de-adicao-obrigatoria-do-produto-no-diesel/ Data:4/jun/2013

BIODIESEL NO BRASIL PNPB - Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel

Lançado dezembro de 2004.

Outros elos da cadeia, como os comerciantes de combustíveis, são contra o aumento da mistura, alegando principalmente problemas de logística e decorrente aumento no preço do diesel. As reivindicações do setor de biodiesel, por outro lado, previam que o país chegasse aos 20% de diesel em 2020, mas estas metas ambiciosas já foram deixadas de lado. “Sabemos que haveria uma necessidade de adequação de toda a cadeia, mas o mercado está pronto para pelo menos B7. Os 20% até 2020 eram uma projeção anterior. Achamos que deve ficar um pouco mais para a frente”, explica Minelli, que acrescenta que a capacidade dos produtores atualmente já seria para até 12%. Fonte: http://www.sul21.com.br/jornal/destaques/setor-de-biodiesel-quer-aumento-de-adicao-obrigatoria-do-produto-no-diesel/ Data:4/jun/2013

BIODIESEL NO BRASIL PNPB - Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel

Lançado dezembro de 2004.