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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
RELATORIO DA AULAS PRATICAS NO LAPEC
COMBUSTIVEIS FOSSEIS E BIOCOMBUSTIVEIS
Docente(s):
Profº Dr. Larissa Silveira Moreira Wiedemann
Cícero Nascimento da Silva
N°: 20610653
Manaus – Am
2013
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Sumário
INTRODUÇÃO...........................................................................................................................3
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL......................................................................................6
RESULTADO E DISCURÇÃO...............................................................................................10
CONCLUSÃO..........................................................................................................................15
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................................15
ANEXO:....................................................................................................................................16
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INTRODUÇÃO
Combustíveis fósseis são substâncias de origem mineral, formados
pelos compostos de carbono. São originados pela decomposição de matérias
orgânicas, porém este processo leva milhões de anos. Logo são considerados
recursos naturais não renováveis.
Os combustíveis fósseis mais conhecidos são: gasolina, óleo diesel, gás
natural e carvão mineral. A queima destes combustíveis é usada para gerar
energia e movimentar motores de máquinas, veículos e até mesmo gerar
energia elétrica (no caso das usinas termoelétricas).
A queima destes combustíveis gera altos índices de poluição
atmosférica. Logo, são os grandes responsáveis pelo efeito estufa e
aquecimento global.
Uma alternativa aos combustíveis fósseis são os biocombustível,
combustível produzido a partir de biomassa, que é constituído por substâncias
de origem orgânica (vegetal, animal e microrganismos), cuja utilização pode ser
feita a partir de sua forma bruta ou de resíduos agrícolas, florestais e pecuários
e, também, a partir do lixo orgânico. Os principais biocombustível utilizados de
forma automotiva são: biodiesel e etanol
Neste trabalho serão apresentados alguns ensaios físico-químicos
realizados nos combustíveis automotivos comercializados no amazonas.
Gasolina
A gasolina é o derivado de petróleo mais popular em nosso país, onde o
seu consumo tem aumentado significativamente nos últimos anos.
A gasolina é um combustível constituído basicamente por
hidrocarbonetos e, em menor quantidade, por produtos oxigenados. Os
hidrocarbonetos que compõem a gasolina (hidrocarbonetos aromáticos,
olefínicos e saturados) são em geral, mais "leves" do que aqueles que
compõem o óleo diesel, pois são formados por moléculas de menor cadeia
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carbônica (normalmente cadeias de 4 a 12 átomos de carbono). Além dos
hidrocarbonetos e dos oxigenados a gasolina contém compostos de enxofre,
compostos de nitrogênio e compostos metálicos, todos eles em baixas
concentrações.
A gasolina básica (sem oxigenados) possui uma composição complexa.
A sua formulação pode demandar a utilização de diversas correntes nobres
oriundas do processamento do petróleo como nafta leve (produto obtido
através da destilação direta do petróleo), nafta craqueada que é obtida através
da quebra de moléculas de hidrocarbonetos mais pesados (gasóleos), nafta
reformada (obtidas de um processo que aumenta a quantidade de substâncias
aromáticas), nafta alquilada (de um processo que produz iso-parafinas de alta
octanagem a partir de iso-butanos e olefinas), etc.
A gasolina automotiva é produzida de modo a atender requisitos
definidos de qualidade. Tais requisitos visam garantir que o produto apresente
condições de atender a todas as exigências dos motores e permitir que a
emissão de poluentes seja mantida em níveis aceitáveis.
As características de qualidade da gasolina e seus valores limites são
aqueles que constam no quadro de especificações definido pela ANP. Os
limites ali fixados são plenamente atendidos por toda gasolina produzida pela
Petrobras.
Óleo Diesel
Combustível derivado do petróleo, constituído basicamente por
hidrocarbonetos, o óleo diesel é um composto formados principalmente por
átomos de carbono, hidrogênio e em baixas concentrações por enxofre,
nitrogênio e oxigênio e selecionados de acordo com as características de
ignição e de escoamento adequadas ao funcionamento dos motores diesel. É
um produto inflamável, medianamente tóxico, volátil, límpido, isento de material
em suspensão e com odor forte e característico.
O óleo diesel é utilizado em motores de combustão interna e ignição por
compressão (motores do ciclo diesel) empregados nas mais diversas
aplicações, tais como: automóveis, furgões, ônibus, caminhões, pequenas
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embarcações marítimas, máquinas de grande porte, locomotivas, navios e
aplicações estacionárias (geradores elétricos, por exemplo).
Etanol (AEHC)
A utilização do álcool como aditivo à gasolina teve início nos anos 30. A
medida foi regulamentada pelo decreto 19.717, de 20 de fevereiro de 1931, que
estabeleceu a aquisição obrigatória de álcool anidro de procedência nacional,
na proporção de 5% da gasolina importada, e dava outras providências.
Entre essas demais providências, o decreto isentava de impostos de
importação, expediente e taxas aduaneiras todo material necessário para a
implementação e aprimoramento de usinas para a fabricação e redestilação do
álcool anidro - concedendo igual beneficio à destilação do xisto.
A adição do álcool anidro à gasolina permanece indicada por lei, tendo
sido elevada a proporção para 25%.
Apenas com a implantação do Programa Nacional do Álcool (Proálcool),
em 1975, o álcool combustível teve um impulso. Os primeiros veículos movido
a álcool hidratado chegaram às ruas em 1979. O mundo vivia a crise do
petróleo e o Brasil lançava as raízes de uma capacidade instalada de produção
anual de 16 bilhões de litros de álcool, o equivalente a 84 milhões de barris de
petróleo/ano.
Álcool etílico anidro combustivel (AEAC) – O produto adicionado por lei
federal à gasolina é o álcool anidro (isento de água). Ele é obtido a partir da
fermentação do caldo da cana-de-açúcar e, de acordo com a Portaria ANP
45/01, possui teor alcoólico mínimo de 99,3º INPM.
Álcool etílico hidratado combustível (AEHC) – O álcool combustível é um
produto renovável e limpo que contribui para redução do efeito estufa e diminui
substancialmente a poluição do ar, minimizando os seus impactos na saúde
pública.
No Brasil, o uso intenso do álcool restringe a emissão de poluentes da
crescente frota de veículos, principalmente de monóxido de carbono, óxidos de
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enxofre, compostos de chumbo e compostos orgânicos tóxicos como o
benzeno.
O álcool etílico hidratado combustível (AEHC), utilizado nos carros a
álcool, como o próprio nome diz é hidratado, ou seja, possui água.
Esse teor de água é, em média, de 7% (a Portaria ANP 45/01 fixa o teor
alcoólico na faixa de 92,6º a 93,8º INPM). Este produto não é utilizado como
aditivo à gasolina.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Características de qualidade dos combustíveis automotivos.
• Cor e Aspecto
Objetivo: Ensaio mais elementar para a detecção de possíveis
contaminações perceptíveis visualmente.
O ensaio é feito observando-se, contra a luz natural, uma amostra de 0,9
litros do produto contida em recipiente de vidro transparente, proveta de
1000mL não graduada. A cor pode variar de incolor a alaranjado na gasolina,
incolor para AEHC e incolor a amarelado para o diesel.
No caso do diesel em ensaios de monitoramento o a analise e feita pelo
método ASTM com a utilização de um calorímetro onde é utilizado uma fonte
de luz padrão, a amostra é colocada no recipiente de ensaio (uma cubeta de
vidro) e comparada com padrões que possuem com na faixa de valores de 0,5
a 8,0.
Com a amostra ainda na proveta é feito a analise do aspecto podendo
ser lido como:
LII – Límpido e isenta de impureza
LCI - Límpido e com impureza
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TCI – Turvo com impureza
Massa específica (ME)
Existe duas formar de determinação da massa especifica, pelo
densímetro de vidro ou densímetro digital. No laboratório as analises da massa
especifica do etanol é feita usando o primeiro método enquanto que as analises
da massa especifica do diesel e da gasolina é usado o densímetro digital.
Densímetro de vidro: Em um local fechado, isento de correntes de ar,
coloca-se o álcool a ser analisado em uma proveta de 1000 ml graduada,
enchendo-a até a marca de 1000 ml, mais ou menos, para facilitar o manuseio
do densímetro e evitar alterações rápidas de temperatura.
Em seguida um termômetro tipo I ou escala interna -10 + 50ºC:0,5ºC e
introduza-o na proveta até a imersão completa de seu bulbo, agitando por 30
segundos, com cuidado para que o mesmo não bata nas paredes da proveta.
Deixando descansar por mais 30 segundos para que a temperatura fique
homogênea. Passado este tempo a temperatura encontrada é anatada com
temperatura inicial.
Imergir o densímetro (normalmente o de 0,800 a 0,850 para AEHC e
0,700 a 0,750 para AEAC), limpo, tomando cuidado para que não afunde mais
do que o necessário, pois se isso ocorrer, a parte graduada ficará cheia de
amostra, tornando o densímetro mais pesado e, consequentemente, marcando
a densidade incorreta. Atingido o ponto de equilíbrio, é feito um movimento
rotatório, pressionando levemente para que afunde duas subdivisões e observe
para que o mesmo não “cole” nas paredes da proveta. Espera-se até o
densímetro atingir o ponto de equilíbrio e, olhando ao nível dos olhos a
intersecção do líquido com o densímetro, anota-se o resultado. Com o
resultado da temperatura e o da Massa especifica é verificado na tabela se
está dentro da especificação.
Densímetro digital: Um pequeno volume te amostra líquida deve ser
introduzido em um tubo oscilante e a mudança da frequência de oscilações
causada pela mudança na massa do tubo é ser usada, em combinação com os
dados de calibração, para determinar a massa especifica da amostra.
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Destilação Atmosférica
A destilação é feita apena no diesel e na gasolina. De modo geral o
método utilizado para destilar ambos é bem parecido com algumas pequenas
mudanças.
Um volume de 100 mL de amostra é destilado sob condições indicadas
para o grupo no qual a amostra se enquadra, observando sistematicamente as
leituras de temperatura e volume de condensado. O volume do resíduo e as
perdas também são registrados. Ao final da destilação, as temperaturas de
vapor observadas são corrigidas em relação à preção barométrica e os dados
são examinados para verificar a sua conformidade com as exigências do
procedimento, tais como taxas de destilação. Repetindo o ensaio se qualquer
condição não tiver de acordo com as especificações.
Na destilação da gasolina, é usado um banho de gelo (em destilador
manual) para condensar o evaporado da amostra e uma placa de aquecimento
de 38 mm enquanto que para o diesel o banho usado é agua a aquecida e uma
placa de 50 mm.
Ensaios específicos etanol (AEHC):
Condutividade elétrica (CE)
Inicialmente foi lavada a célula de condutividade com a solução-padrão
de condutividade. Em seguida foi transferida uma quantidade da solução-
padrão de condutividade para um béquer seco suficiente para cobrir as placas
de medição da célula de condutividade.
A celular de condutividade foi imersa na amostra e procedeu-se a
verificação, anotando a constante da célula.
Feito a calibração, a célula é novamente lavada com a amostra de álcool
etílico, transferindo, em seguida, uma quantidade da amostra para um béquer
limpo e seco. Foi imerso a célula, e agitado levemente o béquer contendo a
amostra, aguardado 2 min para estabilizar em seguida fazendo a leitura.
Potencial Hidrogeniônico (pH)
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Inicialmente foi calibrado o pHmetro com as soluções-padrão de 7 e 4 a
20°C, conforme o manual do fabricante.
Foi transferido aproximadamente 100 mL da amostra de Etanol para um
béquer, introduzindo o eletrodo no béquer até que a junção do eletrodo estive-
se coberta, agitando levemente de forma a evitar aeração da amostra. Feito
isso foi aguardado 2 min sem agitação e feito a leitura do pH.
Teor de Hidrocarboneto
Foi medido 50 mL da amostra numa proveta, previamente limpa,
adicionando, em seguida, foi adicionado a solução de NaCl até completar o
volume de 100 mL.
Foi tampada a proveta e inverteu-se por dez vezes, evitando agitação
energética, para completar a extração do Etanol pela camada aquosa.
Deixando em repouso por 15 min a fim de permitir a separação das fases.
Finalizando com a anotação do volume da camada de gasolina (A)com
aproximação de 0,5 mL.
Ensaios específicos da gasolina GCA e GCC:
Teor de AEAC
Foi medido 50ml da gasolina a ser testada em um proveta de 100ml
graduada com tampa. Em seguida foi adicionado 50ml de solução de NaCl.
Foi tampada a proveta e inverteu-se por dez vezes, evitando agitação
energética, para completar a extração do Etanol pela camada aquosa.
Deixando em repouso por 15 min a fim de permitir a separação das fases.
Finalizando com a anotação do volume diminuído da camada de gasolina com
aproximação de 0,5 mL.
Determinação de MON, RON,IAD, benzeno, olefinas aromáticos e
saturados.
Foi utilizado um analisador de gasolina – infravermelho (GS1000),
analisando uma quantidade de aproximadamente 50 mL da amostra.
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Ensaios específicos do Diesel B S10, 50 e 1800:
Ponto de Fulgor pelo Aparelho de Vaso Fechado Pensky-Martens
A amostra foi homogeneizada e transferida para uma cuba até o nível
indicado. Em seguida a cuba foi colocada no aparelho e adaptado a tampa,
certificando-se que o dispositivo de posicionamento ou travamento estive-se
adequadamente acionado.
Foram inseridos os dispositivos de medição de temperatura em seu
suporte. O equipamento foi programado para o tipo de combustível à ser
analisado. Após o termino do ensaio, aguardou-se o equipamento esfriar, em
seguida foi anotado o resultado e descartado a amostra em um recipiente
adequado.
RESULTADO E DISCURÇÃO Cor e Aspecto
Aspecto
É um teste que dá uma indicação visual da qualidade e da possível
contaminação do produto. A amoostra deve apresentar-se límpida e isenta de
materiais em suspensão como água, poeira, ferrugem etc. Estes, quando
presentes, podem reduzir a vida útil dos filtros de combustível dos veículos e
prejudicar o funcionamento dos motores.
Cor
Indica a tonalidade característica do produto. No caso da gasolina tipo A
e tipo C, sem aditivo, a cor pode variar de incolor a amarelo. Quando a gasolina
é aditivada, ela recebe um corante para diferenciá-la das demais, podendo
apresentar qualquer cor, exceto azul (reservada para a gasolina de aviação) e
rosa (reservada para a mistura formada por Metanol, Etanol e Gasolina –
MEG). A gasolina aditivada comercializada pela Petrobras DISTRIBUIDORA
(BR) apresenta cor verde. Alterações na cor da gasolina podem ocorrer devido
à presença de contaminantes ou devido à oxidação de compostos instáveis
nela presentes (olefinas e compostos nitrogenados).
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Para o diesel alterações na cor pode ser indicativo de problemas no
processo produtivo, contaminação ou degradação do diesel (o que ocorre
quando o mesmo é estocado por períodos longos ou quando fica exposto a
temperaturas acima do ambiente).
Massa específica (ME)
A massa específica é uma propriedade física fundamental que pode ser
usada em conjunto com outras propriedades para caracterizar tanto as frações
leves quanto as frações pesadas do petróleo e seus derivados.
A determinação da massa especifica é necessária para a conversão de
volume medidos a uma determinada temperatura para os volumes à
temperatura padrão de 20°C.Destilação Atmosférica.
No Etanol a massa especifica também é usada para determinar o teor
alcoólico que equivale a uma densidade máxima permitida, porque, quanto
menor o teor de álcool, mais pesado se torna o produto (maior a quantidade de
água).
O teor alcoólico máximo equivale a uma densidade mínima permitida,
porque, quanto maior o teor de álcool, mais leve se torna o produto (menor
quantidade de água).
Por esse motivo, foi estabelecido pela ANP e INMETRO que a densidade e
o teor alcoólico fiquem dentro destes parâmetros para que não ocorra danos
aos motores dos veículos que utilizam este combustível.
Destilação Atmosférica
A destilação é um dos testes que tem como objetivo avaliar as
características de volatilidade da gasolina.
Com o aquecimento da amostra, o produto se vaporiza sendo, então,
condensado e recolhido em uma proveta de vidro. Após essa operação, as
temperaturas anotadas são corrigidas levando-se em conta as perdas que
ocorrem por evaporação de pequena parte do produto e a pressão barométrica.
Esse teste, além de ser usado no controle da produção da gasolina, pode ser
utilizado para identificar a ocorrência de contaminação por derivados mais
pesados como o óleo diesel, óleo lubrificante, querosene etc.
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Destilação 10%
A destilação tem como objetivo avaliar as características de volatilidade.
O controle dos 10% evaporados visa garantir a quantidade mínima de
frações leves que se vaporizam e queimam com facilidade, garantindo o início
do funcionamento do veículo - partida a frio.
Destilação 50%
Está associada ao tempo de aquecimento do motor, permitindo
condições de operação uniforme.
Destilação 90%
A limitação desta temperatura visa minimizar a formação de depósitos
na câmara de combustão e nas velas de ignição.
O limite da especificação deve ser exigido a fim de evitar que as frações
pesadas não queimadas possam vazar para o cárter do motor, podendo
contaminar o óleo lubrificante.
Com relação às emissões de poluentes, os hidrocarbonetos mais
pesados exigem maior temperatura para queima.
Ponto Final de Ebulição
O PFE é a mais alta temperatura verificada durante a destilação da
gasolina.
Temperaturas acima do especificado, podem ser indicativo de
contaminação por óleo diesel, querosene e óleo lubrificante.
Resíduo
É a parte da gasolina que sobra após ter-se alcançado o PFE. Um alto
valor de resíduo indica alto teor de frações pesadas advindas da produção ou
contaminação posterior; pode provocar carbonização das velas de ignição e
formação de depósitos no motor.
Para a destilação tem o objetivo de avaliar as características de
volatilidade do mesmo, definindo-se a temperatura na qual uma percentagem
do produto, previamente fixada, evapora.
Temperatura da destilação de 50% do produto, recuperado:
Esta análise visa controlar a relação entre o teor de frações leves e
pesadas no produto. As características dessa fração do Diesel têm influência
na facilidade de partida dos motores, pois a ela está relacionada a facilidade de
ignição desse combustível.
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Temperatura da destilação de 85% do produto, recuperado:
Esta análise visa controlar o teor de frações pesadas no óleo com o
objetivo de minimizar a formação de depósitos no motor, as emissões gasosas
de hidrocarbonetos não queimados, a emissão de fumaça preta e de óxidos de
nitrogênio
Ensaios específicos da gasolina GCA e GCC:
Teor de AEAC
O etanol é uma molécula polar que também se dissolve em moléculas
apolares. E por este motivo é possível determinar a porcentagem da gasolina
através do experimento anterior. A norma da ANP especifica que a gasolina
tem que ter 20% com erro de 0,5%.
Determinação de MON, RON,IAD, benzeno, olefinas aromáticos e
saturados.
A qualidade da gasolina é constantemente avaliada levando-se em
conta a sua octanagem ou o seu índice antidetonante (IAD). A octanagem de
uma gasolina indica sua resistência a detonação, em comparação com uma
mistura contendo iso-octano (ao qual é creditado um numero de octano igual a
100) presente em uma mistura com n-heptano (numero de octano igual a zero).
Exemplificando, uma gasolina terá uma octanagem igual a 80 se, durante o
teste, apresentar a mesma resistência à detonação apresentada por uma
mistura que contém 80% em volume de iso-octano e 20% em volume de n-
heptano.
A avaliação da octanagem da gasolina é justificada pela necessidade de
garantir que o produto atenda às exigências dos motores no tempo de
compressão e inicio da expansão (quando ocorrem aumento de pressão e de
temperatura) sem entrar em auto ignição.
Métodos para determinação de octanagem em gasolina:
Para a avaliação da octanagem das gasolinas automotivas, encontram-
se disponíveis os dois métodos a seguir apresentados:
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Método MON (Motor Octane Number) ou Método MOTOR-ASTM D2700
Esse método avalia a resistência da gasolina à detonação quando está
sendo queimada em condições de funcionamento mais exigentes e em
rotações mais elevadas, como acontece nas subidas de ladeira com marcha
reduzida e velocidade alta e nas ultrapassagens (quando a aceleração é
aumentada mesmo já estando o carro em alta velocidade). O número de
octano motor é o que é atualmente especificado para a gasolina brasileira
contendo álcool etílico.
O teste é feito em motores especiais (motores CFR- Cooperative Fuel
Reserarch; foto IV-2), monocilindricos de razão de compressão variável,
equipados com a instrumentação necessária e montados numa base
estacionária.
Ensaios específicos do Diesel B S10, 50 e 1800:
Ponto de Fulgor pelo Aparelho de Vaso Fechado Pensky-Martens
É a menor temperatura na qual o produto gera uma quantidade de
vapores que se inflamam quando se dá a aplicação de uma chama, em
condições controladas. O ponto de fulgor está ligado à inflamabilidade e serve
como indicativo dos cuidados a serem tomados durante o manuseio,
transporte, armazenamento e uso do produto. O ponto de fulgor varia em
função do teor de hidrocarbonetos leves existentes no diesel. Devido a isso, ele
limita o ponto inicial da destilação do produto e, consequentemente, a sua
produção. O teste consiste em aplica uma chama padrão em uma amostra de
diesel colocado em um vaso fechado e submetida a aquecimento, até que os
vapores gerados se inflamem, o que é detectado por um lampejo que se apaga
logo após o correr. Esse ensaio é feito usando-se equipamento específico para
esse fim mantendo-se sob controle fatores como: velocidade do aquecimento,
temperatura inicial do banho, tamanho da chama piloto, intervalo entre
aplicações, etc.
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CONCLUSÃO
Para se considerar a eficiência de um combustível deve-se considerar a composição e a estrutura de suas partículas;
O tamanho das partículas é um fator que influencia no calor de combustão, e, portanto na eficiência dos combustíveis, porém o tamanho não é suficiente, também deve-se considerar a “estrutura” da partícula;
Quando as forças de interação são intensas, como no etanol, deve-se esperar que o líquido ferva a uma temperatura mais elevada que um outro líquido que exiba forças de interação mais fracas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Agencia Nacional De Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis – ANP
endereço eletrônico disponível em < http://www.anp.gov.br/>
2. Agencia Nacional De Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis – ANP
endereço eletrônico disponível em < http://www.anp.gov.br/>
3. RESOLUÇÃO ANP Nº 57, DE 20.10.2011 - DOU 21.10.2011
4. RESOLUÇÃO ANP Nº 65, DE 9.12.2011 - DOU 12.12.2011
5. CAMPOS, A C, LEONTINIS, E “Petróleo & Derivados”, J R Editora
Técnica Ltda (1990)
6. WUITHIER,P, “Refino y Tratamiento Quimico - Volume 1”, Editions
Cepasa S A, (1971) Espanha
7. CAMPOS, A C, LEONTINIS, E “Petróleo & Derivados”, J R Editora
Técnica Ltda (1990)
8. NEIVA, J “Conheça o Petróleo”, Ao Livro Técnico Indústria Comércio, 5ª
edição (1986)
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ANEXO:Entre os ensaios realizados destacam-se:
Gasolina
- Teor de Etanol Anidro Combustível (EAC): ABNT – NBR 13992
- Destilação: ABNT – NBR 9619
- Determinação da Aparência: ABNT-NBR 14954
- Número de Octano Motor – MON: Infravermelho
- Índice Antidetonante – IAD: Infravermelho
- Composição quanto ao tipo de hidrocarbonetos:Infravermelho
- Massa Específica a 20ºC: ABNT-NBR 7148 / ABNT-NBR 14065
Etanol
- Aparência – Aspecto e Cor: Visual
- Condutividade Elétrica: ABNT – NBR 10547
- Massa Específica 20 ºC e Teor Alcoólico: ABNT – NBR 5992, ABNT-NBR 15639
- Potencial hidrogeniônico (pH): ABNT – NBR 10891
- Teor de Hidrocarbonetos: ABNT – NBR 13993
Óleo Diesel
- Determinação da Aparência: ABNT-NBR 14954
- Cor ASTM: ABNT-NBR 14483
- Destilação: ASTM D86/ ABNT – NBR 9619
- Massa Específica a 20ºC: ABNT-NBR 7148 / ABNT NBR 14065
- Índice de Cetano: ABNT-NBR – 14759
- Ponto de fulgor: ABNT-NBR 14598 / ABNT-NBR 7974
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