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SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE UM MOTOR AUXILIAR MARÍTIMO
UTILIZANDO MISTURAS DIESEL/BIODIESEL
Vander Vieira Borges Apollinario
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa
de Pós-graduação em Engenharia Mecânica,
COPPE, da Universidade Federal do Rio de
Janeiro, como parte dos requisitos necessários à
obtenção do título de Mestre em Engenharia
Mecânica.
Orientadores: Albino José Kalab Leiroz
M Marcelo José Colaço
Rio de Janeiro
Outubro de 2016
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE UM MOTOR AUXILIAR MARÍTIMO
UTILIZANDO MISTURAS DIESEL/BIODIESEL
Vander Vieira Borges Apollinario
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO
LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE)
DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO, COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM
CIÊNCIAS EM ENGENHARIA MECÂNICA.
Examinada por:
________________________________________________
Prof. Albino José Kalab Leiroz, PhD
________________________________________________
Prof. Marcelo José Colaço, DSc
________________________________________________
Prof. Aldélio Bueno Caldeira, DSc
________________________________________________
Prof. Tadeu Cavalcante Cordeiro de Melo, DSc
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
OUTUBRO DE 2016
iii
Apollinario, Vander Vieira Borges
Simulação Computacional de um Motor Auxiliar
Marítimo Utilizando Misturas de Diesel/Biodiesel / Vander
Vieira Borges Apollinario – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE,
2016.
XV, 87 p.: Il.; 29,7cm.
Orientadores: Albino José Kalab Leiroz
Marcelo José Colaço
Dissertação (mestrado) – UFRJ/COPPE/ Programa de
Engenharia Mecânica, 2016.
Referências Bibliográficas: p. 67-73.
1. Motor Marítimo Ciclo Diesel. 2. Biodiesel. 3. Mistura
de Combustível. I. Leiroz, Albino José Kalab et al. II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de
Engenharia Mecânica. III. Título.
iv
Dedicatória
À minha amada Gabriela Melo, pelo apoio incondicional, carinho, amor e
dedicação.
Aos meus pais, Cesar Apollinario e Maria de Fátima Borges, pelo apoio, carinho
e amor.
Aos meus familiares.
DEDICO.
v
Agradecimentos
À Universidade Federal do Rio de Janeiro, em especial ao Departamento de
Engenharia Mecânica, ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e à
COPPE, pelo apoio e pela oportunidade de realizar este curso.
Aos professores Albino José Kalab Leiróz; PhD, Irvine, 1996, e Marcelo José
Colaço; DSc, UFRJ, 2001, pela amizade, pela orientação, pelos valiosos ensinamentos
durante o curso e pela valiosa colaboração na execução deste trabalho, cedendo, também,
o Laboratório de Máquinas Térmicas e seus softwares.
Ao professor Renato Machado Cotta; PhD, North Caroline, 1985, pela amizade e
incentivo a reiniciar os estudos acadêmicos, e pelas proveitosas contribuições na área
térmica.
Ao professor Gustavo César Rachid Bodstein; PhD, Cornell, 1993, pela orientação
na graduação, pela amizade e pelas orientações precisas.
Ao professor Hélcio Rangel Barreto Orlande; PhD, North Caroline, 1993, pela
amizade e pelas diretrizes de suma importância na área térmica.
Ao professor Flávio de Marco Filho; DSc, UFRJ, 2002, então Coordenador
quando do meu ingresso no Mestrado, pela amizade, pela compreensão, pelo estímulo e
pela grande colaboração.
Ao Engenheiro Ricardo de Almeida e Silva, gerente do Arsenal de Marinha do
Rio de Janeiro, pela amizade, pela atenção, pelo encorajamento e pela enorme
colaboração.
Ao Contra-almirante Mario Ferreira Botelho, diretor do Arsenal de Marinha do
Rio de Janeiro, pela amizade, pela consideração, pelo ânimo e pela grande colaboração.
À Secretária da Pós-Graduação, personificada pela Vera Lúcia P.S. Noronha e
pelo Tito Lívio José Barbosa, pela amizade, pela gentileza, pela simpatia e pelos
excelentes trabalhos prestados.
Aos amigos Gunther Felicio de Moraes e Augusto de Barros Rodrigues, pelo
apoio e agradável convívio na árdua tarefa de trabalhar e estudar em paralelo.
À minha amada Gabriela Melo, pela enorme paciência com minha carreira
acadêmica.
A todos que, direta ou indiretamente, colaboraram na execução deste trabalho.
A Deus.
vi
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M. Sc.)
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE UM MOTOR AUXILIAR MARÍTIMO
UTILIZANDO MISTURAS DIESEL/BIODIESEL
Vander Vieira Borges Apollinario
Outubro/2016
Orientadores: Albino José Kalab Leiroz
Marcelo José Colaço
Programa: Engenharia Mecânica
O uso em larga escala de motores marítimos alimentados por combustíveis de
origem fóssil vem atendendo, por gerações, demandas econômicas e de logística. Por seu
emprego em grandes quantidades, restrições econômicas da produção da matéria-prima e
consequências ambientais são uma política adequada à prospecção de alternativas viáveis.
Este estudo se propõe a avaliar a mistura do óleo diesel marítimo, commodity
caracterizada como de elevado custo e alto teor de enxofre, com o Biodiesel. Por meio de
análise computacional simulada e consulta de dado experimental, este projeto tem por
objetivo mostrar a viabilidade do emprego em motores marítimos desta mistura de
combustíveis com relação ao comportamento de pressão dentro do cilindro durante a
combustão.
vii
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M. Sc.)
COMPUTER SIMULATION OF AN AUXILIARY MARINE ENGINE USING
BLENDS DIESEL / BIODIESEL
Vander Vieira Borges Apollinario
October/2016
Advisors: Albino José Kalab Leiroz
Marcelo José Colaço
Department: Mechanical Engineering
The large-scale use of marine engines powered by fossil fuels for generations met
the economic and logistics demands. Because of its large-scale use, economic constraints
of the raw material production and environmental consequences it is an appropriate policy
prospecting for viable alternatives. This study aims to analyze the mixture of marine
diesel oil, commodity characterized as high-cost and high sulfur content, with Biodiesel.
Through simulated computational analysis and experimental data query this project aims
to show the viability of the use in marine engines of this mixture of fuel with respect to
the pressure behavior in the cylinder during combustion.
viii
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO........................................................................................... 1
1.1 Motivação......................................................................................... 1
1.2 Objetivo............................................................................................ 2
1.2.1 Geral..................................................................................... 2
1.2.2 Específicos........................................................................... 2
1.3 Pesquisa............................................................................................ 3
1.3.1 Importância........................................................................... 3
1.3.2 Metodologia......................................................................... 3
1.4 Limites............................................................................................. 3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.................................................................... 5
2.1 Motor de ciclo diesel........................................................................ 5
2.2 Motor marítimo................................................................................ 6
2.3 Ciclo termodinâmico........................................................................ 7
2.4 Diesel............................................................................................... 8
2.5 Diesel marítimo................................................................................ 9
2.6 Biodiesel........................................................................................... 10
2.6.1 Biodiesel de soja................................................................... 12
2.7 Estudo de combustão....................................................................... 12
2.8 Modelo de combustão...................................................................... 16
2.9 Contribuição..................................................................................... 17
3 CÁLCULOS PRELIMINARES.................................................................. 18
3.1 Modelo para simulação.................................................................... 18
3.2 Termodinâmica do motor................................................................. 19
3.3 Modelagem de combustão............................................................... 20
3.4 Modelagem da curva de liberação de energia.................................. 22
3.5 Modelagem da geometria do cilindro.............................................. 29
3.6 Modelagem de transferência de calor.............................................. 31
3.7 Modelagem de reação e combustão................................................. 33
3.8 Modelagem de emissões NOx.......................................................... 36
4 METODOLOGIA........................................................................................ 37
4.1 Avl boost®....................................................................................... 37
4.2 Simulação......................................................................................... 37
ix
4.3 Bancada de testes............................................................................. 39
4.4 Instrumentos de medição................................................................. 40
4.5 Motor empregado............................................................................. 41
4.6 Combustíveis.................................................................................... 44
4.6.1 Óleo diesel............................................................................ 45
4.6.2 Biodiesel............................................................................... 45
5 SIMULAÇÃO E RESULTADOS............................................................... 49
5.1 Objetivo............................................................................................ 49
5.2 Óleo diesel........................................................................................ 50
5.2.1 Modelo Wiebe...................................................................... 50
5.2.2 Modelo Fractal..................................................................... 52
5.2.3 NOx...................................................................................... 54
5.3 Biodiesel........................................................................................... 55
5.4 Misturas............................................................................................ 57
5.5 NOx.................................................................................................. 63
6 CONCLUSÕES........................................................................................... 65
7 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS......................................... 66
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................ 67
9 ANEXOS..................................................................................................... 73
9.1 Anexo I: Dados resultados medição x simulação wiebe diesel
por carga P[Pa]xθ[°]................................................................................................ 73
9.2 Anexo II: Dados resultados medição x simulação fractal diesel
por carga P[Pa]xθ[°]................................................................................................ 78
9.3 Anexo III: Dados resultados simulação biodiesel (B100D0) por
carga P[Pa]xθ[°]....................................................................................................... 82
9.4 Anexo IV: Dados resultados simulação biodiesel (B10D90) por
carga P[Pa]xθ[°]....................................................................................................... 84
9.5 Anexo V: Dados resultados simulação biodiesel (B20D80) por
carga P[Pa]xθ[°]....................................................................................................... 86
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 – Esquema de balanço de energia no cilindro (adaptado de
HEYWOOD, 1988)................................................................................................. 20
Figura 3.2 – Modelo geral da fração mássica de combustível queimado
de Wiebe (adaptado de HEYWOOD, 1988)............................................................ 21
Figura 3.3 – Modelo de curva de liberação de energia (adaptado de
HEYWOOD, 1988)................................................................................................. 22
Figura 3.4 – Aproximação de curva de liberação de energia de Diesel
(adaptado de AVL, 2009)........................................................................................ 24
Figura 3.5 – Influência do parâmetro de forma "m" na função Wiebe
(adaptado de AVL, 2009)........................................................................................ 25
Figura 3.6 – Propagação da frente de chama do modelo Fractal (adaptado
de AVL, 2009)........................................................................................................ 26
Figura 3.7 – Geometria do cilindro.......................................................................... 29
Figura 4.1 – Entrada do bunker I............................................................................. 39
Figura 4.2 – Sala de controle da bancada Bunker I................................................. 40
Figura 4.3 – Motor Innovator - 4C instalado no banco de provas do LMT............ 42
Figura 4.4 – Ângulo de abertura e fechamento das válvulas (adaptado
de MAN, 2010)........................................................................................................ 43
Figura 4.5 – Modelo Innovator 4C em AVL BOOST. ........................................... 44
Figura 4.6 – Calor específico para diesel e biodiesel.............................................. 47
Figura 5.1 – Pressão dentro do cilindro x Ângulo (com e sem combustão)
(adaptado de SHAHABUDDIN, 2013)................................................................... 49
Figura 5.2 – Atuação da combustão, detalhe ID (Pressão x Ângulo)
(adaptado de SHAHABUDDIN, 2013)................................................................... 50
Figura 5.3 – Resultados Medição x Simulação Diesel (B0D100) Wiebe................ 51
Figura 5.4 – Resultados Medição x Simulação Diesel (B0D100) Fractal............... 53
Figura 5.5 – Emissões NOx (B0D100).................................................................... 55
Figura 5.6 – Resultados Simulação Biodiesel (B100D0) por carga........................ 56
Figura 5.7 – Comparativo B100D0 por carga......................................................... 56
Figura 5.8 – Atraso de ignição (ID) por carga para combustíveis e misturas)
(adaptado de SAHOO, 2008)................................................................................... 56
Figura 5.9 – Resultados Simulação Biodiesel (B10D90) por carga...................... 60
xi
Figura 5.10 – Comparativo B10D90 por carga....................................................... 60
Figura 5.11 – Resultados Simulação Biodiesel (B20D80) por carga...................... 61
Figura 5.12 – Comparativo B20D80 por carga....................................................... 62
xii
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 – Valores padrão para os parâmetros do modelo Fractal
(BOOST, 2009)........................................................................................................28
Tabela 3.2 – Especificação de composições típicas dos combustíveis
(VLASSOV, 2008).................................................................................................. 34
Tabela 3.3 – Modelo de ar atmosférico (AVL, 2009)............................................. 35
Tabela 4.1 – Características do Motor (MAN, 2010)............................................. 41
Tabela 4.2 – Ângulos das válvula de admissão e de exaustão
(MAN, 2010)........................................................................................................... 43
Tabela 4.3 – Consumo específico de combustível (!"#) por carga
(MAN, 2010)........................................................................................................... 44
Tabela 4.4 – Parâmetros para Diesel Marítimo (FILHO, 2008).............................. 45
Tabela 4.5 – Índices equações de $%, &'( (Diesel) (AVL, 2013)............................ 45
Tabela 4.6 – Parâmetros para Biodiesel de Soja (LIN, 2006)................................. 46
Tabela 4.7 – Composição de Biodiesel percentagem mássica
(LIU, 2010).............................................................................................................. 46
Tabela 4.8 – Parâmetros para Biodiesel Soja (LIN,2006)....................................... 46
Tabela 4.9 – Índices equações de $%, &)')( (Biodiesel)........................................... 47
Tabela 5.1 – Parâmetros Curva Liberação de Energia Diesel
(PASQUALETTE, 2015)........................................................................................ 51
Tabela 5.2 – Pico de Pressão Diesel Wiebe............................................................. 52
Tabela 5.3 – Pico de Pressão Diesel Fractal............................................................ 54
Tabela 5.4 – Parâmetros de Ajuste de NOx............................................................. 54
Tabela 5.5 – Emissões de NOx................................................................................ 54
Tabela 5.6 – Parâmetros Curva de Liberação de Energia Biodiesel
(MATIAS, 2014)..................................................................................................... 55
Tabela 5.7 – P*+- B100D0...................................................................................... 57
Tabela 5.8 – Atraso de ignição (ID) por carga combustíveis e misturas
(SAHOO, 2008)....................................................................................................... 57
Tabela 5.9 – Efeito médio do Biodiesel no atraso de ignição (ID)
(SAHOO, 2008)....................................................................................................... 58
Tabela 5.10 – Interpolação por Sahoo do ./01 (°).................................................. 59
xiii
Tabela 5.11 – Interpolação por Sahoo do ∆2(°)...................................................... 59
Tabela 5.12 – Interpolação por Sahoo do a............................................................. 59
Tabela 5.13 – 3456 B10D90................................................................................... 61
Tabela 5.14 – 3456 B20D80................................................................................... 62
Tabela 5.15 – Comparativo PCP simulado.............................................................. 62
Tabela 5.16 – Comparativo PCP............................................................................. 62
Tabela 5.17 - Parâmetros modelo AVL para NOx................................................. 63
Tabela 5.18 - Resultados modelo AVL para NOx.................................................. 64
xiv
LISTA DE SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas.
ANP Agência Nacional de Petróleo, Gás e Biocombustíveis.
ASTM American Society for Testing and Materials. Associação Americana para
Testes e Materiais.
B0D100 Diesel 100% em volume.
B10D90 Mistura de Diesel 90% e Biodiesel 10%.
B20D80 Mistura de Diesel 80% e Biodiesel 20%.
B40D60 Mistura de Diesel 60% e Biodiesel 40%.
B50D50 Mistura de Diesel 50% e Biodiesel 50%.
B100D0 Biodiesel 100% em volume.
BE Mistura de Biodiesel e Etanol.
BE5 Mistura de Biodiesel 95% e Etanol 5%.
BE10 Mistura de Biodiesel 90% e Etanol 10%.
BE15 Mistura de Biodiesel 85% e Etanol 15%.
BSFC Brake Specific Fuel Consumption.Consumo específico de combustível.
CNE Comité Européen de Normalisation. Comite Europeu de Normalização.
CNPE Conselho Nacional de Política Energética.
CO Monóxido de Carbono.
CO2 Dióxido de Carbono.
COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de
Engenharia.
DM Diesel Marítimo.
DNC Departamento Nacional de Combustíveis.
EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária.
HC Hidrocarboneto.
ICO Ignição por Compressão.
ID Ignition Delay. Atraso de ignição.
ISO International Organization for Standardization. Organização
Internacional para Padronização.
LMT Laboratório de Máquinas Térmicas.
MCI Motor a Combustão Interna.
MDO Maritime Diesel Oil. Óleo Diesel Marítimo.
xv
MIC Motores de Ignição por Centelha.
NOx Óxidos de Nitrogênio.
PCP Peak Cilinder Pressure. Pressão de Pico no Cilindro.
PIF Port Fuel Injection. Porta de Injeção de Combustível.
PNPB Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel.
PMI Ponto Morto Inferior.
PMS Ponto Morto Superior.
POLI Escola Politécnica da UFRJ.
SOC Start of Combustion. Início da Combustão.
SOI Start of Injection. Início da Injeção.
TLC Taxa de Liberação de Calor.
UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro.
vv Válvula.
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 MOTIVAÇÃO
As recentes mudanças das características climáticas do planeta ganharam
notoriedade. Para operar dentro de uma razoabilidade ecológica, diversos países adotaram
políticas para lidar com as consequências da atividade humana. O aumento de eventos
como tsunamis, as longas estiagens, o derretimento das calotas polares, o crescimento do
número de espécies ameaçadas de extinção e a observação do aquecimento global
sugerem a necessidade de medidas para o controle do impacto das práticas desenvolvidas
pelos seres humanos sobre o meio em que se inserem. (STEININGER, 1994)
O protocolo de Kyoto, assinado em 1997 por 55 países, propôs metas como
promover o uso de energias renováveis e reavaliar os setores de energia e transporte. O
Brasil, signatário, é reconhecidamente um dos pioneiros em tecnologia de
biocombustíveis com a produção do etanol originado da cana-de-açúcar. Apesar desse
histórico, o uso de diesel marítimo é de grande porte e este apresenta teor de enxofre
elevado e custo significante para sua economia. País de origem agrícola e de uso
abundante de energia proveniente de usinas hidroelétricas, o Brasil possui frentes em
desenvolvimento no campo das tecnologias renováveis, como o uso dos motores “flex”,
capazes de utilizar misturas de gasolina e etanol. Pela legislação, são utilizados 27.5% do
produto na gasolina automotiva e 5% de biodiesel nos motores ciclo diesel, excetuando-
se o combustível alimentador da frota marítima. (VICTOR, 2001, PARENTE, 2003)
Em 2010, a Agência Nacional de Petróleo e Gás (ANP), por sua resolução nº42,
reconhece que os combustíveis com fim aquaviário possuem particularidades e
necessitam de condições específicas para viabilizar a adição do Biodiesel. A resolução de
nº30 de 12/08/2013 disciplina a atividade de produção de Biodiesel, abrangendo
construção, ampliação de capacidade, modificação e operação de planta produtora e
comercialização de biodiesel. Em seguida, a resolução nº 45 publicada no DOU
26/8/2014 estabelece a especificação do biodiesel e as obrigações quanto ao controle da
qualidade a serem atendidas pelos diversos agentes econômicos que comercializam o
produto em todo o território nacional. Este documento ainda menciona que o país tem
interesse em apresentar sucedâneos para o óleo diesel. A resolução da ANP nº 51 de
25/11/2015 acrescenta normas técnicas a serem atendidas, como o teor de enxofre total
máximo de 10 mg/kg. (ANP, 2015)
2
Tendo em foco o aspecto social, a matriz brasileira produtora de matéria prima do
biodiesel possui parcela importante da agricultura familiar, dando assim acesso a
trabalho, renda, alimentação, saúde e educação de populações carentes destes benefícios.
(PARENTE, 2003)
Do ponto de vista econômico, apesar de o país contar com suas reservas
atualmente exploráveis e de outras que o serão em futuro próximo, o Brasil ainda está
exposto ao mercado internacional e às variações do petróleo como commodity. Portanto,
o emprego de outro combustível ou a redução do diesel marítimo via mistura com um
biodiesel produzido em escala no mercado interno, empregando uma agricultura que é de
domínio tecnológico nacional, defenderia a economia das cada vez mais frequentes ondas
de crise do setor.
A principal motivação técnica deste estudo está na redução dos níveis de poluentes
gerados durante a queima de combustível. As características emissões de fuligem (fumaça
negra), material particulado e níveis de óxidos de nitrogênio gerados pelos motores a
diesel sugerem a necessidade de investigação e tratamento. O biodiesel de soja, por ter
origem vegetal, possui certo balanço com relação às emissões de óxidos de carbono em
virtude do crescimento da matéria prima aprisionar carbono. Estes fatos nortearam
estudos voltados para a análise da combustão do diesel e do biodiesel. Portanto, é meta
desta pesquisa dar mais um passo nessa linha de raciocínio e analisar o emprego do
biocombustível misturado ao diesel marítimo, tanto nas emissões quanto nas curvas de
pressão.
1.2 OBJETIVO
1.2.1 GERAL
O objetivo geral da presente pesquisa foi a avaliação do desempenho de um motor
marítimo quando se utilizam misturas de óleo diesel marítimo, e biodiesel como
combustível através de incrementos em sua mistura ao óleo diesel marítimo.
1.2.2 ESPECÍFICOS
· Revisão de literatura referente à performance de motores diesel com emprego de
combustíveis alternativos, simulações realizadas e avaliação de alguns
experimentos conduzidos;
· Simulação do motor com as diversas misturas utilizando o software AVL
BOOST® para simulação de motores de combustão interna. O modelo de
3
escoamento do programa utiliza a solução das equações de conservação da
continuidade, energia e momento, que são resolvidas em uma dimensão;
1.3 PESQUISA
1.3.1 IMPORTÂNCIA
A escassez de dados e histórico na literatura sobre adição de biodiesel ao diesel
marítimo motivou, nos últimos anos, os recentes levantamentos sobre o tópico. As
pesquisas e estudos relacionados à modelagem de motores avançaram muito, porém,
existe a necessidade de se aprofundador estudos com foco nas misturas de combustíveis.
1.3.2 METODOLOGIA
Para desenvolvimento desta pesquisa foram levantados trabalhos comparativos de
ensaios em motor de combustão interna de ciclo diesel, avaliações de pressão interna no
cilindro com diferentes tipos e origens de biodiesel se comparado ao MDO, óleo diesel
marítimo, e suas misturas, de modo a analisar a substituição parcial.
As etapas da realização foram:
- Levantamento de pesquisas sobre o MDO;
- Levantamento de pesquisas sobre misturas de combustíveis;
- Levantamento de pesquisas comparativas;
- Análise e seleção dos estudos;
- Simulação de MDO e comparação aos dados experimentais;
- Simulação do biodiesel;
- Simulação das misturas entre biodiesel e diesel;
- Conclusões.
1.4 LIMITES
Apresentamos como principal tema desta pesquisa a simulação das curvas de
pressão interna no cilindro durante a combustão. A proposta do emprego do biodiesel no
meio aquaviário precisa de mais estudos como os testes de longa duração, desgaste,
acúmulo de fuligem e outros testes experimentais. Por este motivo a produção destas
curvas motivará e orientará estes futuros estudos.
Nesta dissertação será objeto de estudo o motor instalado na bancada de motores
do Laboratório de Máquinas Térmicas (LMT) da Universidade Federal do Rio de Janeiro
4
(UFRJ) para utilização de dados experimentais previamente obtidos das curvas de pressão
e os resultados de pesquisas anteriores sobre as misturas para a formação do modelo
teórico. Chamado de Bunker I, a fonte dos dados experimentais utilizados é o laboratório
para ensaios experimentais de motores à combustão interna da COPPE/UFRJ/POLI, que
foi equipado com o motor diesel de 500 kW Innovator 4C do fabricante MAN. Este
equipamento trabalha em rotação constante, típico de motores com o objetivo de geração
de energia elétrica (motores auxiliares) e, portanto, sua carga varia de acordo com a
solicitação de energia do operador do grupo motor-gerador. O equipamento opera com
óleos diesel e óleos conhecidos como Bunker. Estes últimos, mais pesados, são
decantados, centrifugados e aquecidos antes da injeção no motor. Este motor ainda é
equipado com três circuitos independentes de óleo sendo um de referência e dois para
teste. A bancada conta ainda com sistema de controle, monitoramento das etapas e
analisador de gases.
5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 MOTOR DE CICLO DIESEL
O motor de combustão interna é um equipamento que opera como fonte de
potência mecânica, no qual a mistura admitida de ar e combustível é queimada no interior
de um cilindro e o calor liberado provoca a expansão dos gases. A pressão originada dessa
expansão é recebida pelo êmbolo ou pistão contido no interior do cilindro e conectado,
através da biela, à árvore de manivelas ou virabrequim. O chamado deslocamento
alternativo do êmbolo ao longo do cilindro transforma-se em movimento de rotação por
meio do mecanismo biela/manivela (HEYWOOD, 1988).
Nos motores do ciclo diesel, o combustível é misturado com o ar ao fim do tempo
de compressão, através do bico injetor, atomizando o óleo diesel no interior da câmara de
combustão. As gotículas de diesel em contato com o ar comprimido e aquecido entram
em processo de combustão (SILVA, 1995).
Os motores de ignição por compressão (ICO) são motores que admitem, para o
interior do cilindro, ar e o início do processo de combustão acontece por ignição
espontânea. Assim, o combustível é injetado no interior da massa de ar que foi altamente
comprimida anteriormente e que atingiu uma temperatura superior à temperatura de
ignição do combustível. Geralmente, esses motores usam como combustível o óleo diesel
ou óleos vegetais (SILVA, 2003). Os eventos acontecem de maneira orquestrada: em um
primeiro momento, a válvula de admissão se abre, movida pelo came do eixo comando
de válvulas, e o pistão desce do ponto morto superior (PMS) até o ponto morto inferior
(PMI) aspirando apenas ar, com o giro do eixo de manivelas completando seus primeiros
180º.
No segundo momento do ciclo, o pistão objetiva a compressão fazendo o caminho
inverso subindo dentro do cilindro, fazendo 360º do eixo de manivelas, comprimindo
apenas ar e o elevando a temperaturas próximas a 600-700 graus Cº.
Na terceira etapa, com a compressão, o ar fica aquecido quando o pistão chega ao
PMS (Ponto morto superior), o combustível é injetado e inflama dentro da câmara, por
motivo de entrar em contato com um ar extremamente quente, e a geração de força
acontece na expansão com o deslocamento do pistão e do eixo de manivelas fazendo o
trajeto até 540º. Os ângulos supracitados são médias aproximadas e podem variar.
6
Para encerrar o ciclo, o comando de válvulas executa a abertura da válvula de
escape e o pistão sobe, expulsando os gases de descarga. O ciclo se completa com duas
voltas totalizando 720º no eixo de Manivelas ou Virabrequim (KNOTHE, 2007).
Os motores de ciclo diesel tem sido utilizados para experimentos com
combustíveis renováveis com sucesso relevante. Conforme mostra NIEMI (2016)
utilizando um combustível obtido por um inovador processo de produção de petróleo
bruto, através da transformação de resíduos à base de madeira, para diesel renovável. Para
além da redução significativa das emissões de gases com efeito de estufa, outros
benefícios podem ser obtidos quando combustíveis renováveis de alta qualidade são
utilizados como componentes de mistura, uma vez que as emissões de gases poluentes,
tais como hidrocarbonetos não queimados (HC), monóxido de carbono (CO) e número de
partículas (PN) também podem diminuir.
2.2 MOTOR MARÍTIMO
Os motores a combustão marítimos são projetados para possuir elevados níveis de
confiabilidade, tecnologia, resistência à corrosão e performance adequada às mais
diversas embarcações. São motores que se destacam pela manutenção simples e
econômica, podendo inclusive ser reparados sem a necessidade de sua remoção da
embarcação.
Os projetados para fins de geração de energia elétrica são denominados Motor de
Combustão Auxiliar (MCA). Em geral, são motores de rotação constante acoplados a um
gerador. Seu torque varia de acordo com a carga solicitada pelos utilizadores do navio.
Por outro lado, existem os projetados para fins de locomoção da embarcação,
denominados Motor de Combustão Principal (MCP). Elas devem possuir alta capacidade
de manobra e seus motores devem possuir dimensões que permitam o desenvolver –
através da redutora, embreagens e linha de eixo – a potência necessária para prover a
propulsão do navio. Esses motores podem variar sua rotação e o torque exercido. Para
atingir seu objetivo de locomoção, esses equipamentos são auxiliados por lemes e hélices
independentes, permitindo maior mobilidade da embarcação, tanto em deslocamento,
quanto em aproximação para descarga. Outros recursos para melhorar a mobilidade destas
embarcações são impelidores laterais de popa (Stern Thruster) e de Proa (Bow Thruster).
Ambos, porém, são considerados como motores auxiliares e não apresentam o mesmo
7
nível de criticidade para as embarcações comparativamente aos motores de combustão
principais. (NOGUEIRA, 2011)
Para melhor entender as diferenças de um motor marítimo TASKAR (2016)
estuda o comportamento do sistema de propulsão sob o efeito das ondas do mar. Mostra
que foram observadas alterações significativas no desempenho da propulsão na presença
de ondas em comparação com a operação em estado estacionário. Portanto, ao estimar a
queda na eficiência da propulsão devido ao efeito das ondas deve ser levada em conta a
modelagem do motor, a variação de amplitude em ondas e as perdas de impulso e de
torque devido à submersão variável da hélice. Todas estas variáveis são cruciais para
predizer o desempenho dos navios em termos de eficiência de propulsão. A direção da
ondulação também tem forte influência na queda de desempenho, afetando o desempenho
da propulsão.
2.3 CICLO TERMODINÂMICO
O Ciclo Diesel é formado por seis processos térmicos, descritos a seguir
(HEYWOOD, 1988):
a) Processo isobárico ou admissão: a válvula de admissão esta aberta e o cilindro
se desloca do PMS para o PMI, admitindo o ar;
b) Processo adiabático ou compressão: as válvulas estão fechadas e êmbolo se
desloca do PMI para o PMS, comprimindo o ar;
c) Processo isobárico ou combustão: acontece a pulverização do óleo diesel na
câmara de compressão. A queima do óleo diesel se dá espontaneamente, a pressão se
eleva e o êmbolo se desloca no sentido do PMI;
d) Processo adiabático ou expansão: se dá a continuidade do deslocamento do
êmbolo para o PMI, depois de terminada a combustão;
e) Processo isovolumétrico ou descarga: comanda a abertura da válvula de
escapamento e acontece queda da pressão;
f) Processo isobárico, ou exaustão: realiza-se o deslocamento do êmbolo do PMI
para o PMS, expulsando os gases queimados.
O ciclo conhecido como quatro tempos se aplica ao diesel fazendo referência aos
quatro cursos do pistão, ou seja, a duas voltas do virabrequim:
• primeiro tempo, do PMS ao PMI, admissão de ar;
• segundo tempo, do PMI ao PMS, compressão do ar;
8
• terceiro tempo, do PMS ao PMI, injeção do combustível, combustão e repouso;
• quarto tempo, do PMI ao PMS, escapamento dos gases produto de combustão.
Uma aplicação importante do ciclo termodinâmico é o estudo de tais processos
independentemente da natureza exata das interações microscópicas, que ocorrem dentro
do sistema. (LI, 2016)
2.4 DIESEL
O óleo diesel é composto de hidrocarbonetos parafínicos, olefínicos, aromáticos
e, em menor escala, por substâncias que possuem em sua formulação átomos de enxofre,
nitrogênio, metais, oxigênio e outros. Os hidrocarbonetos são formados por moléculas
compostas de 8 a 40 átomos de carbono, mais pesadas do que aquelas que formam a
gasolina. O óleo combustível em questão é uma fração destilada do petróleo. Pode-se
dizer que está localizado entre o querosene e os óleos lubrificantes. Sua composição
média pode ser caracterizada por carbono em 86,3%; hidrogênio em 12,8% e enxofre com
0,9% (SOUZA, 2005).
O óleo diesel é obtido pelo fracionamento do petróleo, na faixa de destilação do
óleo cru de 250 a 370ºC. Geralmente é composto por hidrocarbonetos como parafinas,
naftalenos, olefinas e aromáticos podendo chegar a 20 átomos de carbono (GUARIEIRO,
2008).
O diesel brasileiro possui uma elevada taxa de enxofre em sua composição quando
comparada à utilizada nos Estados Unidos e Europa. A adição de frações de biodiesel ao
diesel tem sido uma alternativa para a redução do teor de enxofre. Além disso, pode
propiciar o uso de um combustível menos dependente do processo de refino para redução
de enxofre. Assim, pode-se assumir que quanto maior a proporção de biodiesel
adicionado no diesel, menor será o teor de enxofre presente no combustível como um
todo (CORONADO, 2009).
Muitos países tem prazos estipulados para utilizar as normas do regulamento do
Parlamento Europeu, relativo à homologação dos veículos a motor no que respeita às
emissões dos veículos ligeiros de passageiros e comerciais. A Euro 5 de 2009 e a Euro 6
de 2014 tem como objetivo limitar a poluição causada pelos veículos. Estas diretrizes se
tornaram populares entre defensores do meio ambiente e em países com problemas de
poluição do ar. Na Malásia, por exemplo, a implementação de um padrão de emissões
mais elevado, a norma Euro 5, esta prevista para ser aplicada até 2020. No interesse de
9
superar o impacto negativo dos motores diesel sobre a qualidade do ar a Malásia aplicou
um regulamento destinado a reduzir as emissões dos motores diesel. Com base nesta
regra, um motor diesel com um peso bruto do veículo inferior a 3,5 toneladas deve estar
em conformidade com a emissão padrão dos gases poluentes. (RAMLAN, 2016)
2.5 DIESEL MARÍTIMO
O óleo diesel marítimo comercial tem como objetivo ser utilizado em motores
diesel de embarcações marítimas. A principal característica que se destaca com relação
ao óleo diesel automotivo é a necessidade de ter especificado um ponto de fulgor mais
elevado para atender às demandas de maior segurança desse produto em embarcações
marítimas. O ponto de fulgor pode ser descrito como a menor temperatura em que o óleo
diesel vaporiza em taxa e quantidade suficiente para formar com o ar uma mistura
inflamável, causando risco de se inflamar, quando sobre ele incidir uma chama atuando
como fonte de ignição. Para o óleo diesel marítimo, o ponto de fulgor é fixado em um
valor de 60°C.
Além disso, há normas rígidas estabelecidas para baixo teor de enxofre, aspecto,
acidez, massa específica, viscosidade, ponto de entupimento, ponto de fluidez e outros
itens normalizados. Existem variações desse tipo de óleo como, por exemplo o que é
produzido especialmente para a Marinha do Brasil. Estes são produzidos para atender às
necessidades militares e apresentam grande rigidez quanto às características de ignição,
de volatilidade, de escoamento a baixas temperaturas e de teor de enxofre. Isso se deve
às condições adversas de sua utilização em embarcações militares que demandam rapidez
e desempenho a baixas temperaturas (Oceano Ártico, por exemplo). (ANP, 2007)
No que diz respeito ao diesel marítimo, são utilizadas as seguintes classificações:
óleo diesel marítimo A (DMA), que é um combustível destilado médio para uso
aquaviário e o óleo diesel marítimo B (DMB), que é um combustível predominantemente
composto de destilados médios, podendo conter pequenas quantidades de óleos de
processo do refino, para uso aquaviário. Em ambos os casos o teor de enxofre é de 5.000
ppm ou 0,5% em massa. (ANP, 2010)
A água do mar tem ações nocivas ao diesel e por isso o combustível voltado para
uso marítimo deve ser resistente a estes efeitos. Para a remoção de água do mar de diesel
contaminado, a biorremediação através da imobilização celular tem sido frequentemente
proposta como uma estratégia útil devido às suas vantagens de serem eficazes,
10
económicas e respeitadoras do ambiente. Para atingir este objetivo um aditivo é colocado
no diesel. A inclusão de carbonos ativados pela substância Polyvinyl alcohol (PVA), que
é um polimero sintético solúvel em água, melhorou a eficiência de degradação de total
petroleum hydrocarbon-diesel degradability (TPHd), que é um índice que mede o grau
de degradação do diesel, para 47%. (LIU, 2016)
2.6 BIODIESEL
Apesar de ser uma tecnologia moderna, o emprego de óleos vegetais como
matéria-prima para combustível não é recente. Ruldolf Diesel que apresentou seu invento
empregando óleos de amendoim (WANG, 2000) previa esta fonte de energia.
O biodiesel pode ter origem em diferentes fontes: mamona, soja, girassol, algodão,
amendoim, coco, palma e babaçu. No Brasil, a maior parte do biocombustível produzido
é proveniente da soja, abundante na agricultura local. Existe ainda no Brasil o óleo de
algodão e de gordura animal em menor escala. Outra fonte de matéria para produção do
biodiesel é o óleo de cozinha residual. O principal processo de produção do biodiesel é
feito através de uma transesterificação, em que a matéria prima em questão reage
quimicamente com um álcool de cadeia curta como o metanol ou o etanol, na presença
de um catalisador. Os produtos rejeitados são a glicerina e o biodiesel com uma
viscosidade reduzida e tolerável. Porém, o poder calorífico e o número de cetano se
mantêm interessantes para o uso do combustível (CHRISTOFF, 2007).
No Brasil, o óleo vegetal de soja é comumente misturado ao diesel derivado de
petróleo e essa mistura é popularmente chamada de biodiesel. O governo federal, em
2004, criou um Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB) e em 2005
foi promulgada a lei número 11.098, que dispõe sobre a introdução do biodiesel na matriz
energética brasileira.
Sendo um biocombustível derivado do monoalquil éster de ácidos graxos de
cadeia longa e proveniente de fontes renováveis (ABREU, 2004), o biodiesel possui
propriedades análogas as do derivado de petróleo. Entretanto, alguns estudos concluem
que o uso de biodiesel pode apresentar certas desvantagens como afinidade com a água,
desgastes em peças e componentes dos motores, deficiências de estabilidade e baixa
viscosidade a baixas temperaturas de operação (AMBROZIN, 2009).
As maiores desvantagens enfrentadas quando levado em conta o biodiesel como
combustível é a reatividade do combustível não queimado residual no cilindro e cárter.
11
Ele bruto ou parcialmente não queimado, é a causa do envernizamento e da formação de
crostas no bico injetor, nas parede dos cilindros e de ressecamento de borrachas.
(HASSETT, 1982).
Caso possua uma viscosidade elevada, o biodiesel como combustíveis causa
problemas. Entre eles, possui o efeito de aumentar o tamanho da gota na injeção dentro
do cilindro resultando em combustão pobre. Por fim, acaba causando formação de
depósitos na câmara de combustão e de combustível não queimado no óleo lubrificante
(KUSY, 1982).
O biodiesel junto ao etanol têm sido responsáveis pela maior parte dos
combustíveis renováveis utilizados na frota de transporte global. No Brasil, assim como
nos Estados Unidos e em alguns países europeus, ambos os biocombustíveis representam
participação de mercado crescente. Em 2013, a produção e o consumo mundiais de
biocombustíveis nos transportes aumentaram 7%, sendo a maior parte do mercado
europeu. Durante anos, a União Européia foi responsável pelo maior produtor regional de
biodiesel. Em 2013, representou cerca de 10,5 bilhões de litros de produção de ésteres
metílicos de ácidos graxos, embora sua participação no mercado global, de cerca de 42%,
tenha permanecido a mesma nos últimos anos. (OLIVEIRA, 2016)
Por outro lado, a produção de biodiesel nos Estados Unidos aumentou
rapidamente, representando 17% do total mundial, para uma produção de 4,8 bilhões de
litros em 2013. Na Ásia também houve crescimento. A Indonésia, por exemplo, aumentou
consideravelmente a sua produção de biodiesel desde 2013 como resultado de novas
políticas nacionais de biocombustíveis, colocando o país entre os maiores produtores
mundiais de biodiese. A Tailândia realizou um aumento de 30% na produção de etanol e
biodiesel em 2013. Na China, a demanda por biocombustíveis foi impulsionada em parte
por incentivos fiscais e empresariais, já que o país complementa sua pequena produção
nacional anual de menos de 0,2 bilhões de litros de biodiesel com cerca de 1,9 bilhões de
litros de combustível importado. Na Tailândia, o biodiesel para gerar eletricidade está
sendo produzido a partir de óleo de cozinha usado, enquanto em Londres o óleo de fritura
foi aceito para abastecer a frota de ônibus urbanos, enquanto em Joanesburgo, África do
Sul, biogás e biodiesel foram os biocombustíveis considerados para alimentar o mesmo
Tipo de transporte público. (OLIVEIRA, 2016)
12
2.6.1 BIODIESEL DE SOJA
A soja, oleaginosa, empregada em larga escala no Brasil, pode se tornar rentável
à pequena agricultura em muitas regiões, promovendo desenvolvimento e inclusão social.
Além disso, o Brasil pode converter-se em um grande exportador de combustíveis
renováveis.
Segundo EMBRAPA (2005), na safra 2005, a produção de soja no mundo foi de
216,3 milhões de toneladas, numa área cultivada de 92,8 milhões de hectares,
movimentando, no complexo agroindustrial, a quantia de aproximadamente US$215
bilhões/ano.
Por força da lei nº11.097/05, também conhecida como Lei do Biodiesel, foi
liberada a adição voluntária de 2% de biodiesel ao diesel distribuído em todo Brasil, até
o ano de 2008, quando esse percentual se tornou obrigatório. Tal demanda necessária a
atender a esse percentual é aproximada por 800 milhões de litro por ano e segundo
especialistas do governo, equivale a 1,5 milhão de hectares de área cultivada de
oleaginosas – cerca de 1% da área produtiva usada pela agricultura brasileira. A mesma
lei estabeleceu o percentual obrigatório de 5% de biodiesel a partir do ano de 2013. Em
março de 2016, a lei nº13.263 atualizou os valores para 8% por 12 meses, prevendo, ainda,
9% em até 24 meses e 10% em até 36 meses da data de promulgação.
Com a implementação dos 7%, a expectativa do mercado é que a produção das
misturas combinadas de biodiesel passará de 3,3 bilhões de litros em 2014 para 4,4
bilhões de litros em 2015. De fato, a previsão de produção de 2014 foi confirmada pela
ANP, então esses números transformariam o Brasil, agora, no segundo maior produtor de
biodiesel do mundo, apenas atrás dos Estados Unidos. (OLIVEIRA, 2016)
2.7 ESTUDO DE COMBUSTÃO
Um estudo de motores diesel com mistura de combustíveis foi o de BAMBILA
(2006), que pretendia mostrar a dificuldade do emprego de combustíveis alternativos,
como o biodiesel em motores a ignição por compressão pelo modelo de RAKOPOULOS
(2008). O estudo conclui que há queda de rendimento do motor devido à perda de poder
calorífico inferior (PCI) do combustível. Neste estudo, há uma conclusão que faz
referência ao experimento realizado de que o consumo é no mínimo 71% maior, enquanto
13
seu modelo numérico esperava alta de 63%. Essa diferença é atribuída a turbulências na
câmara de combustão e dissipação nas paredes do cilindro.
Outro autor, MELO (2007), utilizou um modelo computacional do tipo
termodinâmico zero-dimensional para a análise dos processos de compressão, combustão
e expansão da gasolina, álcool e GNV, operando em mistura estequiométrica. Os
resultados para os perfis de pressão atestam, conforme esperado, a validade da utilização
da equação de Wiebe para modelagem do processo de combustão dos diferentes
combustíveis, atribuindo um caráter gradual à liberação de energia para motores a ignição
por centelha em pesquisa de motor automotivo.
Na mesma linha, MURALIDHARAN (2011), estudou de forma experimental as
características de desempenho, emissões e de combustão de um motor de compressão
com combustível biodiesel de óleo de cozinha usado misturado ao óleo diesel. Os
resultados experimentais sugerem que a temperatura do gás de escape, a eficiência e a
razão de compressão do motor são uma função da mistura biodiesel, carga e taxa de
compressão. A temperatura dos gases de escape diminui com o aumento da taxa de
compressão. Já as emissões de hidrocarbonetos nos gases de descarga são maiores em
taxas de compressão mais elevadas. Além disso, a descarga de NOx do combustível
mistura B40 é mais elevada do que o de diesel e a descarga de CO do B40 está mais perto
do diesel padrão. A emissão de CO2 é também menor nas mesmas condições.
LEI (2011) propôs um estudo para investigar a combustão, o desempenho e as
emissões em um motor diesel operando em misturas de etanol e biodiesel para comparar
esses resultados com os operando com biodiesel puro e diesel. Com base nos resultados
experimentais, as conclusões são que, em comparação com o diesel, a pressão máxima
dentro do cilindro com o biodiesel é maior em cargas elevadas do motor. A taxa máxima
de libertação de calor da fase pré-misturada da combustão é mais baixa em todos os testes
e ocorre mais cedo. A combustão começa mais cedo e a duração de combustão é mais
curta. Comparado com o biodiesel, a pressão máxima e a taxa de libertação de calor da
mistura têm elevação com o aumento da fração de etanol no combustível misturado, e
ocorre mais longe do ponto morto superior; o início da combustão é retardada e a duração
de combustão é reduzida.
O biodiesel produz após sua combustão menos emissões de CO e de HC, e ao
mesmo tempo maiores emissões NO! e NO", se comparado com o óleo diesel. Em geral,
as misturas de biodiesel com Etanol têm menores emissões, em comparação com
biodiesel. Com o aumento do etanol no combustível misturado, as emissões NO!
14
diminuem e aumentam as emissões NO" em cargas menores sobre o motor, enquanto que
não há diferença significativa a cargas elevadas do motor.
YANG (2012) conduziu experimentos em um motor diesel com injeção de óleo
diesel marítimo (MDO) de ultra-baixo enxofre, biodiesel (B100D0) e em mistura de 10%,
20%, 50% (indicado como B10D90, B20D80 e B50D50, respectivamente) sob várias
cargas. O estudo define ultra-baixo enxofre como o óleo diesel com menos que 50ppm,
ou 0.005 %. Devido ao menor poder calorífico do biodiesel, o consumo específico de
combustível (BSFC) aumenta quando se eleva a porcentagem de biodiesel na mistura em
todas as cargas do motor. No que diz respeito ao impacto das cargas parciais, verificou-
se que existe aumento no BSFC, fator que mede a sua eficiência no consumo, de B100D0,
em comparação com B0D100, com a diminuição da carga do motor. O maior aumento no
BSFC é encontrado na carga de 10%, onde se observa um aumento de 28,1% no BSFC.
Os resultados experimentais mostram que a utilização de biodiesel possui uma menor
eficiência térmica com cargas mais baixas do motor e uma maior eficiência térmica em
cargas mais elevadas do motor. A carga tem influências significativas nas emissões de
CO. Em cargas menores, a emissão de CO aumenta com o aumento do teor de biodiesel
na mistura, enquanto em cargas mais altas, a tendência oposta se observa e as emissões
de CO aumentam com a diminuição do teor de biodiesel na mistura.
ORKUN (2012) comparou experimentalmente as características dos combustíveis
diesel e biodiesel produzido a partir de óleo de soja e suas misturas (B10D90, B20D80,
B50D50), avaliando a combustão, o desempenho e as emissões. Com biodiesel houve
uma diminuição de 1-4% no torque e um aumento de 2-9% no consumo específico de
combustível devido ao seu menor poder calorífico.Com o biodiesel houve reduções
significativas nas emissões de CO e HC não queimado, mas com relação as emissões de
NOx e CO2 houve aumento. As análises da combustão mostraram que o biodiesel
adicionado ao diesel diminuiu o atraso da ignição e redução do pico de pressão. Esses
resultados indicam que o biodiesel pode ser usado sem qualquer modificação do motor
como alternativa de combustível.
LIN (2013) fez um estudo investigativo sobre as influências de biodiesel em
mistura com MDO. As principais conclusões são que a mistura de Biodiesel poderia
melhorar as propriedades do MDO de várias formas. Primeiramente, o biodiesel possui
um atraso de ignição menor que o MDO. Em segundo lugar, o limite de enxofre do MDO
chega a 4,5% em peso com base na especificação do combustível naval ISO 8217,
enquanto o biodiesel contém valores menores. Além disso, uma mistura B20D80 reduz o
15
teor de enxofre para menos de 3,5% em peso e aumenta a viscosidade cinemática. Por
outro lado, os gases de descarga apresentam menos HC após a queima com biodiesel em
comparação ao MDO. Por fim, o resíduo de carbono foi reduzido em 23,6% e a adição de
biodiesel ao diesel em mistura B20D80 causa de redução em até 1,9% no poder calorífico
inferior.
GÖKHAN (2014) estudou experimentalmente a emissão e o desempenho em um
motor diesel de quatro cilindros de diferentes misturas de combustível. Os efeitos da
adição de butanol na mistura diesel/biodiesel de microalgas se revelam no desempenho
do motor, nas emissões de monóxido de carbono e valores de opacidade de fumaça. As
propriedades físicas medidas de misturas, como o índice de cetano, densidade,
viscosidade e ponto de fluidez, foram encontradas comparáveis com os do gasóleo de
acordo com o teste de propriedades do combustível.
As análises de emissões dos gases de escape revelaram que a emissão de CO ,
NOx e os valores de opacidade da fumaça melhoraram com a adição butanol. Finalmente,
pode-se concluir que o butanol pode ser usado como um aditivo muito promissor para
misturas de biodiesel-diesel de microalgas nos motores diesel convencionais.
MATIAS (2014) utilizou um modelo computacional para o Motor marítimo da
Fabricante MAN Diesel, o Innovator 4C. Foi utilizado o modelo de combustão Wiebe
duas zonas e o modelo de transferência de calor baseado em WOSCHNI (1967) com o
combustível em pesquisa relacionada a biodiesel. Foram simuladas diferentes misturas de
diesel adicionadas de biodiesel e etanol. Neste trabalho, não foi considerado o atraso de
ignição. Foi constatado que o aumento do percentual de biodiesel na mistura com o diesel
eleva o consumo para uma mesma potência, independente da carga aplicada no motor
(MATIAS, 2014, GÖKALP, 2009).
PASQUALETTE (2015) realizou uma estimativa inversa bayesiana para a taxa de
liberação de calor durante a combustão de um motor marítimo diesel da Fabricante MAN
Diesel, o Innovator 4C, com o combustível Diesel. Foi analisada a influência de diversos
parâmetros do desenvolver da metodologia e foram obtidos diversos dados, como a
pressão interna do cilindro, a taxa de liberação de calor, coeficientes de Wiebe para o
combustível e a constatação de quais métodos forneceram os melhores resultados.
16
2.8 MODELO DE COMBUSTÃO
Existem bastantes e diferentes modelos de combustão e estes agrupam-se de
diversas maneiras. A classificação proposta (STONE, 1999) utiliza três grupos:
Algébrico, Zero dimensional e Quase dimensional. Sendo o Algébrico aquele que utiliza
um sistema de equações algébricas baseadas em relações termodinâmicas clássicas e
assim servem-se de eficiências para corrigir os resultados solicitando o menor tempo
computacional. O Zero dimensional, por sua vez, utiliza sistemas de equações diferenciais
ordinárias e as associa a dados empíricos para ajustá-las. Por outro lado, o Quase
dimensional apresenta sistema de equações diferenciais parciais somadas a modelos semi-
empíricos, como os modelos de turbulência usados pelo modelo de combustão Fractal.
O trabalho de MELO (2007) detalha os modelos de combustão Zero dimensionais
citando os quatro subgrupos (LANZAFAME, 2003): O primeiro, no qual o fator k (razão
de calores específicos) é constante, mas não há avaliação da troca de calor entre gases
no cilindro ou com as paredes da câmara de combustão. O segundo modelo, em que o
fator k é considerado constante e é avaliada esta troca de calor entre gases e as paredes da
câmara. Na sequência, o subgrupo em que o fator k varia em função da temperatura, mas
não há troca de calor entre gases e a câmara. E por fim, os que o fator k varia com a
temperatura e há a troca de calor entre os gases e as paredes.
SOUZA JUNIOR (2009) segue a metodologia de MELO (2007), com enfoque em
um motor de ignição por compressão. Como combustíveis são utilizados o diesel
comercial e o biodiesel. A modelagem da combustão foi realizada pela função dupla de
Wiebe, que explicita a taxa de liberação de energia pelo combustível durante as fases da
combustão pré-misturada e da combustão difusiva. Os resultados apontam erros entre
valores de pressão simulados e experimentais de até 8%.
RIVAS (2011) detalha uma avaliação pelo modelo de duas zonas Fractal, para
simular a interação chama/parede do processo de combustão. Sua publicação apresenta a
fenomenologia do modelo Fractal em conjunto com um sistema de equações diferencias
a ser resolvido com um submodelo da interação chama/parede. O modelo foi validado
com resultados experimentais. Os resultados mostram que, quando o modelo
chama/parede é desconsiderado, a curva de liberação de energia fica superestimada assim
como a curva de pressão.
CARVALHO (2011) realiza em seu trabalho uma ferramenta de análise de plantas
de geração de energia que utilizam MCI. Sua proposta é composta de um modelo
integrando o AVL Boost® e um simulador de processos, resultando em uma estimativa
17
da atuação do MCI na planta. A fim de reproduzir a combustão, foi utilizado um modelo
de duas zonas Fractal. Os resultados sugerem que não aconteceram restrições com relação
ao emprego do modelo Fractal.
MELO (2012) se propõe a estudar a influência da adição de teores de etanol
hidratado à gasolina. O alvo de suas avaliações são o desempenho e emissões em um MCI
de ignição por centelha. Foi utilizado o modelo Wiebe Duas Zonas. Além da simulação,
foram realizados experimentos de medição de desempenho e emissões. Por fim, foram
traçadas as curvas de pressão para condições de operação variadas. O modelo
computacional do programa AVL Boost® foi validado com os dados experimentais. A
cada mistura de gasolina e etanol, foram necessários ajustes dos parâmetros do modelo
de combustão Wiebe Duas Zonas, a fim de se obter proximidade com os valores
experimentais de emissões. Observou-se que o modelo Wiebe Duas Zonas não foi
preditivo referente às emissões em motor veicular quando se varia a composição do
combustível.
KUMAR (2016) apresenta uma análise comparativa da combustão e das emissões
de misturas de álcool e diesel em um motor diesel de injeção direta. Para tanto ele
emprega o modelo de Wiebe. As curvas de pressão dentro do cilindro encontraram erros
de menos de 5% entre experimento e simulação.
HIRAOKA (2016) propõe um modelo de combustão com base no modelo de
Fractal para simulação de grandes turbilhões de chamas pré-misturadas. Em seu estudo
são utilizados três dados experimentais que corroboram seu modelo.
2.9 CONTRIBUIÇÃO
Essa revisão bibliográfica tem como propósito a delimitação do problema a ser
estudado adiante e realizar a coleta de dados para delimitar o estado atual dos
conhecimentos sobre esse tema, suas lacunas e o subsídio da investigação para o
desenvolvimento da ciência de motores a combustão interna e seus combustíveis.
Este trabalho visa dar seguimento nesse campo e ajudar a melhor entender o
processo de combustão dentro do cilindro de um motor marítimo alimentado a óleo diesel
e seu comportamento quando é elevado o teor de biodiesel na mistura.
Por isso, através da escolha do motor Innovator 4C da Fabricante MAN Diesel,
disponível no LMT, as simulações efetuadas neste texto gerarão dados que abrirão a
oportunidade e auxiliarão no planejamento de novos experimentos.
18
3 CÁLCULOS PRELIMINARES
O intuito deste capítulo é propor a simulação termodinâmica do desempenho de
um motor de combustão interna de ignição por compressão, utilizando óleo Diesel e suas
misturas ao Biodiesel. Serão apresentadas definições e conceitos relacionados a motores
de combustão interna. Na sequência, serão descritos o problema, os objetivos almejados
e, posteriormente, uma simulação.
A simulação computacional tem contribuído enormemente no sentido de realizar
uma nova avaliação no campo dos motores de combustão. As ferramentas matemáticas
tornaram-se muito populares nos últimos anos devido ao aumento no poder
computacional tanto no avanço da tecnologia quanto na disponibilidade dos
equipamentos.
3.1 MODELO PARA SIMULAÇÃO
Foi utilizado, através do software AVL Boost®, um modelo que pode prever o
desempenho de motores de combustão com diferentes combustíveis e, capaz de simular
motores com as opções selecionadas da EGR (Exhaust Gas Recirculation) e
sobrealimentação. O programa permite previsão do desempenho do motor, as emissões
pelo tubo de escape e até da acústica de seu funcionamento. O simulador de motores
oferece as seguintes opções de modelagem de liberação de energia na combustão: Wiebe,
Double Wiebe, Table, Constant Volume, Constant Pressure, Fractal, Target Pressure
Curve.
Além das informações do motor, o software requer alguns dados para caracterizar
os combustíveis e executar sua simulação: a massa molar, o poder calorífico inferior
(PCI), a razão ar/combustível estequiométrica, a razão de massa de Carbono/massa total,
a razão de massa de oxigênio/massa total, a razão de massa de nitrogênio/massa total e o
calor específico molar a pressão constante em função da temperatura.
Os modelos de HEYWOOD (1988) e RAMOS (1989) tem sido usados para
encontrar a pressão do cilindro, a taxa de liberação de calor, melhorar a eficiência térmica
e com modelagem do tipo de fenomenos meteorológicos possivelmente predizer o atraso
da ignição, a formação de fuligem e a formação de NOx.
19
3.2 TERMODINÂMICA DO MOTOR
A termodinâmica clássica nos leva a Eq. (3.2) pela primeira lei da termodinâmica,
exposta pela Eq. (3.1), descreve a variação da energia interna do cilindro em função do
ângulo do virabrequim.
#$ = %& + ' (3.1)
()*. ,-(/ = %01 (2(/ + ('1345(/ %6('7(/ % 899 (*99(/ +6(*:(/ 8:%6(*;(/ 8; % <:>? (*:>(/
(3.2)
onde,
/ = Ângulo do virabrequim.
@)4.A-@B = Taxa de variação de energia interna do cilindro em função de θ.
01 @C@B = Trabalho realizado pelo pistão em função de θ.
@DEFGH@B = Taxa de liberação de calor pelo combustível em função de θ.
I @DJ@B = Taxa de calor perdido pela parede do cilindro em função de θ.
899 @4KK@B = Fluxo de entalpia devido ao blow-by em função de θ.
(*: = Elemento de massa entrando no cilindro.
8: = Entalpia do elemento de massa entrando no cilindro.
(*; = Elemento de massa saindo do cilindro.
8; = Entalpia do elemento de massa saindo do cilindro.
<:> = Calor de vaporização do combustível.
? = Fator de vaporização do combustível.
*:> = Massa de combustível evaporada.
Sendo a taxa de variação de energia interna no cilindro em função do ângulo do
virabrequim igual a soma do trabalho realizado pelo pistão em função de /, a taxa de
20
liberação de calor pelo combustível (em função de /), a taxa de calor perdido pela parede
em f(/) e do fluxo de entalpia devido ao blow-by em função de /. Ainda (*L é o
elemento de massa entrando no cilindro, 8L é a entalpia do elemento de massa entrando
no cilindro, (*M é o elemento de massa saindo no cilindro, 8M é a entalpia do elemento
de massa saindo no cilindro, <LP é o calor de vaporização do combustível, ? é o fator de
vaporização do combustível e *LP é a massa de combustível evaporada. Conforme
explicita a Figura 3.1.
Figura 3.1: Esquema de balanço de energia no cilindro (adaptado de
HEYWOOD, 1988).
3.3 MODELAGEM DE COMBUSTÃO
O modelo de combustão de Wiebe (CHALLEN, 1999) faz uso da Eq. (3.3) para
descrever a fração de massa x(/) de combustível consumida ou queimada em função do
ângulo do virabrequim /. /Q se refere ao ângulo no qual se inicia a combustão e também
é conhecido como SOC (start of combustion). Δ/ representa a duração da combustão e
os coeficientes R e * são parâmetros a serem ajustáveis pela da curva experimental de
liberação de calor. A Figura 3.2 mostra o comportamento da curva.
21
S)/- = T % LSU V%R W/ % /Q#/ X4YZ[ (3.3)
ML\/ = /Q \L]^ã_\S)/- = T % LSU`ab = a (3.4)
ML\/ % /Q =\#/\L]^ã_\S)/- = T % LSU`%Rb (3.5)
_](Lc!S = Fração mássica queimada.
/ = Ângulo de manivela.
/Q = Início da combustão (SOC).!
#/ = Duração de combustão.
* = Parâmetro de forma.
R = Parâmetro Wiebe relativa a combustão.
Figura 3.2 – Modelo geral da fração mássica de combustível queimado de Wiebe
(adaptado de HEYWOOD, 1988).
Nesta modelagem foram assumidas outras propostas como não haver nenhum
vazamento de gás através das válvulas e anéis de seguimento do pistão, de modo que a
massa permaneça constante; a velocidade da manivela seja uniforme, fazendo referência
ao fato de que o motor modelado é de rotação constante; o gás no cilindro se mova através
de estados em equilíbrio e, dentro do cilindro, a mistura se comporte como um gás perfeito
e as condições de escoamento de fluido zero dimensionais. Assumiu-se também que os
calores específicos das misturas de gases sejam calculados como uma função de
temperatura, a pressão e a temperatura no cilindro sejam uniformes e variem de acordo
com o ângulo de manivela.
22
3.4 MODELAGEM DA CURVA DE LIBERAÇÃO DE ENERGIA
A liberação de energia neste modelo será norteada pelo modelo de injeção e
combustão proposto para motores diesel por HEYWOOD (1988). O processo de
combustão e consequente liberação de energia através de calor em motores diesel com
injeção direta pode ser idealizado através da curva da taxa de liberação de calor pelo
combustível em função do ângulo do virabrequim, conforme visto na Figura 3.3.
Por sua simplicidade e ajuste dos parâmetros, o modelo de Wiebe é encontrado
em trabalhos na área de motores com frequência. Por outro lado, este modelo possui uma
notória limitação. Uma vez ajustados os parâmetros da equação, a curva da taxa de
queima do combustível e a curva de liberação de calor tornam-se definidas. Por
conseguinte, essas curvas não podem ser alteradas a cada nova condição de operação do
motor, tornando necessários novos ajustes para diferentes condições de trabalho.
Existem nessa modelagem quatro grandes fases conforme evidencia a Figura 3.3.
A primeira é o atraso de ignição que vai de a até b, seguido da Combustão pré-misturada
ou rápida (rapid combustion) até c; depois a Combustão difusiva ou controlada pela taxa
de mistura (mixing-controlled combustion) até d e por fim a Combustão terminal ou
residual.
Figura 3.3 – Modelo de curva de liberação de energia (adaptado de HEYWOOD,
1988).
O atraso de ignição ou Ignition Delay (ID), primeira fase, é definido por
HEYWOOD (1988) como o intervalo de tempo de a até b, que está contido entre o início
23
da injeção – SOI (Start of Injection) – e o início da combustão, SOC (Start of
Combustion). Este atraso é consequência de processos físico-químicos que acontecem
anteriormente à queima do combustível. Na parte cinemática e física, destacamos a
atomização do jato de combustível que forma suas gotículas, o aquecimento das mesmas
para sua vaporização e a mistura com o ar na câmara (GUPTA, 2013). Por outro lado, os
processos químicos consistem nas reações de pré-combustão e, no caso dos combustíveis
fósseis, a decomposição dos hidrocarbonetos mais pesados em componentes mais leves
(GUPTA, 2013). Há diversas causas que incidem durante a operação do motor que
modificam o atraso de ignição: o avanço de injeção, a carga do motor, a rotação de
funcionamento e a taxa de injeção (HEYWOOD, 1988). A estrutura molecular dos
combustíveis é protagonista no atraso de ignição. Componentes formados por cadeias
parafínicas lineares, os alcanos, entram em ignição mais facilmente que os com cadeias
aromáticas e de modo mais fácil que aqueles que possuem cadeias ramificadas por
necessitar menos energia para quebrar suas ligações intermoleculares (HEYWOOD,
1988).
A combustão pré-misturada, segunda fase, consiste no intervalo de tempo de b até
c e se trata da queima rápida e espontânea. O combustível misturado com o ar no atraso
de ignição queima e quanto maior o ID, mais combustível terá se misturado com o ar e
mais intensa será essa fase (HEYWOOD, 1988, GUPTA, 2013). Nessa etapa, fica
caracterizada uma taxa de variação da pressão acentuada em função do ângulo do
virabrequim. É digno de nota que um elevado valor de pressão e, portanto, da temperatura,
provoca aumento nos níveis de emissão de NOx e dilatação térmica dos componentes do
motor, existindo a possibilidade de tensões térmicas aparecerem. Devido a este fato,
combustíveis caracterizados por um grande atraso de ignição e combustão pré-misturada
mais intensa durante sua queima são rotulados com má qualidade de ignição (GUPTA,
2013).
A terceira fase acontece na sequência às porções de combustível misturadas ao ar
no atraso de ignição terem queimado na segunda fase. A chama formada irá avançar sobre
qualquer nova quantidade de combustível que se misturar com o ar num processo
denominado combustão difusiva (HEYWOOD, 1988). A queima do combustível nesta
etapa é governada pela caracterização de como o combustível se mistura com o ar,
tornando-a mais lenta e menos intensa do que a anterior (HEYWOOD, 1988). A taxa de
mistura é característica do combustível e pode ser afetada pela turbulência na câmara de
combustão (HEYWOOD, 1988) e pela taxa de injeção de combustível (GUPTA, 2013).
24
Por último acontece a quarta fase, conhecida como “cauda da combustão”, tendo
lugar ao fim da expansão e é definida pela queima das últimas parcelas de combustível,
que acontece a uma proporção menor que as etapas anteriores (HEYWOOD, 1988).
Neste modelo é utilizado o modelo de Wiebe para aproximar a curva de liberação
de energia conforme as Eqs. (3.3), (3.6), (3.7) e (3.8).
S = d(S(/ (/ = T % LSU`%R e )f-4YZb (3.6)
f = W/ % /Q#/ X (3.7)
(S = ('' (3.8)
onde,
S = Fração mássica queimada.
' = Total da entrada de calor fornecido pelo combustível.
/ = Ângulo de manivela.!
/Q = Início da combustão (SOC).!
A figura 3.4 evidencia a aproximação de uma curva de liberação de calor real de
um motor diesel de injeção direta por uma função de Wiebe. O início da combustão, a
duração de combustão e parâmetro de forma foram obtidos por um ajuste de mínimos
quadrados da curva de liberação de calor medido.
Figura 3.4 – Aproximação de curva de liberação de energia de diesel (adaptado de AVL,
2009).
25
Na figura 3.5 mostra a influência do parâmetro "m" de forma na função de Wiebe.
Figura 3.5 – Influência do parâmetro de forma "m" na função Wiebe (adaptado de AVL,
2009).
Dentre as demais opções expostas acima de modelos de combustão disponíveis
para a análise, adotou-se neste trabalho também o modelo de combustão Fractal.
O termo fractal é usado para denominação da classe especial de curvas definidas
recursivamente que produziam imagens descontínuas. A origem vem do termo latino
fractus, do verbo frangere, que significa quebrar. A partir disso, foi desenvolvida a
geometria fractal, que visa o estudo dos subconjuntos complexos de espaços métricos.
Esse ramo da matemática é responsável por estudar as propriedades e
comportamentos dos fractais, descrevendo situações que, só com a geometria clássica,
não poderiam ser explicadas. Estas situações foram aplicadas na ciência, tecnologia e arte,
geradas por meio de computador.
No objetivo de modelar uma frente de queima descontínua e turbulenta a
ferramenta matemática conhecida como Fractal é útil. Este modelo é conhecido como
quasi-dimensional e divide a mistura de ar/combustível em duas zonas, zona queimada e
zona não queimada, separadas pela frente de chama conforme observado na figura 3.6,
onde “a” indica a frente da chama, “b” a zona queimada, “c” a zona virtual da chama e
“d” a zona não queimada.
26
Figura 3.6 – Propagação da frente de chama do modelo Fractal (adaptado de
AVL, 2009).
A escolha do modelo Fractal como segundo processo para simular a combustão é
baseada no fato de que, uma vez ajustados os parâmetros para um determinado
combustível e condição de operação, não é preciso reajuste dos parâmetros se um novo
combustível for selecionado. Outra característica desejável do modelo Fractal é ele ser
capaz de prever o atraso de ignição e a duração da combustão, dados necessários quando
se deseja comparar o comportamento da queima de diferentes combustíveis em um MCI.
Apesar de garantir simplicidade a principal desvantagem deste modelo de
combustão é que ele define o atraso de ignição com base em certos fenômenos físicos a
fim de calcular o desenvolvimento da chama turbulenta. Este dado deve ser confirmado
experimentalmente. Além disso o modelo de turbulência implementado tem como
desvantagem a especificação das condições iniciais para a energia cinética turbulenta e
sua taxa de dissipação no início do ciclo de alta pressão.
O modelo Fractal propõe que a frente de chama é superfície irregular que se
propaga com velocidade de chama laminar, cuja área pode ser descrita por uma geometria
fractal como exposto por CARVALHO (2011). Esse fato é corroborado por experimentos
de visualização da combustão de DOBER (2000).
Neste modelo se leva em conta a influência de parâmetros como a geometria da
câmara de combustão, localização do ponto de início da combustão, composição do gás
no cilindro e turbulência do fluido. A modelagem considera que a frente de chama se
inicia como uma pequena esfera de superfície lisa e esbelta. A medida que a combustão
prossegue essa superfície é enrugada devido à turbulência. Como consequência disso o
27
modelo de queima é melhor aplicado para velocidades de rotação do motor não muito
elevadas. Caso contrário, a frente de chama modelada por uma esfera enrugada deixa de
ser uma boa aproximação.
A taxa de queima do combustível é guiada pela propagação de chama, sendo esta
proporcional à densidade da mistura não queimada, dada pela Eq. (3.9).
(*5(^ = gAhijk (3.9)
Onde o primeiro tempo representa a taxa de combustível queimada com relação
ao tempo, gA é a massa específica da mistura, hi é a área da frente de chama laminar
sendo considerada a área esférica, e jk é a sua velocidade turbulenta característica da
chama. A relação com a velocidade laminar é dada pela Eq. (3.10).
jk = jil (3.10)
Onde ji é função de parâmetros das características do combustível, e l é o fator
de escala do enrugamento da superfície da frente da chama turbulenta (RIVAS, 2011).
O modelo Fractal, quasi-dimensional, emprega a seguinte técnica para determinar
o fator de escala (AVL, 2009), conforme a Eq. (3.11).
l = Wm4nom4QpXqrs"
(3.11)
Onde tu é a dimensão fractal e m4no m4Qpv é a escala fractal, com m4no e m4Qp
sendo as irregularidades locais máxima e mínima. Segundo AVL (2009), a escala fractal
é calculada através das Eqs. (3.12) e (3.13).
m4nom4Qp = m4no WPm4no,ku XZwx
(3.12)
m4no = yi z 2{x |"}
Zwx
(3.13)
Onde ,k é a velocidade de escoamento turbulenta, P é a viscosidade cinemática,
2 é o volume instantâneo do cilindro, | é o seu diâmetro e a constante yi é o fator de
escala da turbulência.
A dimensão fractal tu é dependente da razão entre a velocidade de escoamento
turbulenta ,k e a velocidade da chama laminar ji (AVL, 2009), regida pela Eq. (3.14).
28
tu = ~c��\,k + ~ca�\ji,k + ji (3.14)
Considerando o modelo Fractal, há sete parâmetros a serem ajustados
empiricamente. Os valores recomendados pelo desenvolvedor do simulador de motores
AVL BOOST® (AVL, 2009) estão expostos na Tabela 3.1.
Tabela 3.1 – Valores padrão para os parâmetros do modelo Fractal (BOOST,
2009).
Parâmetro Valor Padrão Fator de atraso de ignição (yQ�p) 1 Raio de referência da chama (��c�:�) 0,01 Fração mássica para ativação do modelo de combustão próxima à parede (�")
0,2
Fator de influência do gás residual (() 2 Fator de interação da combustão turbulenta (y4) -0,33 Constante de Produção de turbulência (y�) 0,5 Fator de escala da turbulência (yi) 0,5
Segundo AVL (2009), os parâmetros ��c�:�, �" e ( devem ser mantidos com os
seus valores padrões e não precisam ser ajustados. Já para os parâmetros y� e yi o manual
instrui como ajustar aos valores maior correlação entre os resultados de simulação com
os dados experimentais de pressão. Enfim, são apresentas por AVL (2009) instruções para
o ajuste de y4, sendo este um parâmetro de ajuste fino. A recomendação é que seu ajuste
seja executado somente após os demais parâmetros. Neste trabalho optou-se por seguir as
recomendações sugeridas por AVL (2009), sendo ajustados somente os parâmetros y4,
y�, yi e o fator de atraso yQ�p.
O software BOOST inclui o parâmetro (yQ�p), incumbido de parametrizar a
evolução da chama. No início, a velocidade de propagação da chama é elevada, até chegar
a 2 mm de diâmetro. Este estágio da chama é incluído no calculo do software
computacional. O parâmetro (yQ�p) começa a influenciar apenas após essa etapa. Como
condição inicial, é considerada uma superfície esférica esbelta e lisa de 2 mm de diâmetro.
O enrugamento da frente de chama é tratado como proporcional ao raio da frente de
chama, em relação ao seu ponto de origem e à turbulência do escoamento. A taxa de
enrugamento é tratada pelo modelo como uma equação adimensional que tem como
29
referência 1000 rpm e o motor com 1200 rpm, assim como um raio instantâneo de frente
de chama e uma referência de 1 cm. De acordo com AVL (2009), estes parâmetros, em
sua experiência em modelagem computacional de motores, de 1000 rpm e 1 cm, são bons
valores de referência para a maioria dos motores.
O modelo Fractal nesse trabalho tem como finalidade modelar a taxa de queima
da massa no interior do cilindro. Esse cálculo é então utilizado no modelo de queima
duas-zonas explicitado na figura 3.6. Dentre as diferenças do modelo Fractal para o
modelo Wiebe destaca-se que o modelo Fractal busca calcular a taxa de calor liberado a
partir da teoria de superfície fractal e escoamento turbulento. Por isso, não são necessários
os dados das curvas de pressão experimentais para cada caso que se deseja simular. Ao
contrário do modelo Wiebe, que para cada taxa de calor liberado na combustão em cada
condição de operação do motor e misturas de combustíveis são necessários ajustes dos
parâmetros a e m.
3.5 MODELAGEM DA GEOMETRIA DO CILINDRO
Com o objetivo de obter a área total, o volume da câmara de combustão foi
equacionado em função do ângulo de posição do virabrequim e variáveis geométricas
obtidas com o fabricante do motor conforme ilustra a Figura 3.7.
Figura 3.7 – Geometria do cilindro.
30
onde,
| = Diâmetro do cilindro,
� = Raio do virabrequim,
� = Comprimento da biela.
/ = Ângulo do virabrequim.
M)/- =\Curso instantâneo do pistão.
0�� = Ponto morto inferior.
0�j = Ponto morto superior.
Para detalhamento explícito da Eq. que será a regente do curso empregado pelo
pistão M(/) é utilizada a Lei dos Cossenos, Eq.(3.15), no triângulo do curso, raio do
virabrequim e biela.
M)/- = � ��� / + ��" % �" ���" / (3.15)
E por consequente, o volume interno da câmara de combustão é formulado pelas
Eqs. (3.16), (3.17) e (3.18).
2)/- = �|"� `� + � % M)/-b + 24)Ta- (3.16)
�1 = 24 + 2@24 (3.17)
2@ = �|"� j (3.18)
onde,
24 = Volume morto do cilindro. (Entre PMS e o Cabeçote)!
�1 = Razão de compressão.
2@ = Volume deslocado.
Para calcular o 24 utiliza-se ~� como curso total j4no e se explicita pela Eq.
(3.19).
24 = �|"� W ~��� % TX (3.19)
Por fim, fazendo-se uso das Eqs. (3.15) e (3.19) na Eq. (3.16) temos por produto
a Eq. (3.20) para o volume da câmara de combustão.
31
2)/- = �|"� W� + � % � ��� / % ��" % �" ���" / + ~��� % TX (3.20)
Para iniciar os cálculos de transferência de calor outra variável a ser computada é
a superfície interna da câmara de combustão. A área total, h)/-, será a soma da área
lateral do cilindro h�n�)/-, da área do cabeçote h;A� e da área da face superior do pistão
h�Q;�ã3. Conforme mostrado pelas Eqs. (3.21), (3.22) e (3.23).
h)/- = h�n�)/- + h�Q;�ã3 + h;A� (3.21)
h�Q;�ã3 � h;A� = �|"� (3.22)
h�n�)/- = �|`� + � % � ��� / % M)/-b + h4 (3.23)
Então, busca-se a área lateral do volume morto, empregando-se a Eq. (3.19) para
obter a Eq. (3.24).
h4 = �| W ~��� % TX (3.24)
Finalmente obtém-se a Eq. (3.25) através de (3.15), (3.23) e (3.24).
h�n�)/- = �| �|~ + � + � % � ��� / % ��" % �" ���" / + ~��� % T� (3.25)
3.6 MODELAGEM DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
O modelo de transferência empregado para a troca de energia entre os gases e a
parede no interior da câmara de combustão para cada posição do cilindro será o da Eq.
(3.26) (AVL, 2009) e (HEYWOOD, 1988).
'Q = 8hQ)�1 % �Q- (3.26)
Para modelar\8 foi utilizado WOSCHNI (1967) e WOSCHNI (1990) explicitado
nas Eqs. (3.27) e (3.28).
�7c�� = �.~�ts�."01�. ��s�.¡¡ ��Zy4 + �")01 % 0�- 2@�Z0Z�Z��.
(3.27)
32
�7c¢� = �.~�ts�."01�. ��s�.¡¡ £�Zy4 VT + ~¤212" ��¥0s�."¦[§�.
(3.28)
caso\�Zy4 ¨T + ~ ©CEC " ��¥0s�."ª« ¬ �")01 % 0�- Ck®®̄k® então,
�7 = �7c¢�c\ caso contrário, �7 = �7c��
O modelo empregado na simulação é tal que se utiliza para �933;� para compressão e expansão �7. Para admissão e exaustão �933;� será �7 caso \�7 ¬ �7\43@ ou \�7\43@ se \�7\43@ ¬ �7 sendo,
�7\43@ = �.~�ts�."01�. ��s�.¡¡ £T� W(Qpt X" °2Qp°§
�.
(3.29)
onde, t = Diâmetro do cilindro. 0� =\Pressão média dos gases. �� =Temperatura média dos gases. �Z = �.T± + a.�T± 1²1G\, durante trânsito de fluidos ou �Z = ~.~± + a.�a± 1²1G nos demais
períodos.
yA = t³� ~´ . ³� =\Velocidade angular. y4 = Velocidade média do pistão. �" = a.aa�~�, durante expansão e combustão ou �" = a durante compressão e trânsito de fluidos. 0� = Pressão na câmara sem ocorrência de combustão. 2@ = Volume deslocado. �Z = Temperatura no ângulo de fechamento da válvula de admissão. 0Z = Pressão no ângulo de fechamento da válvula de admissão. 2Z = Volume no ângulo de fechamento da válvula de admissão. 21 = Volume morto. 2 = Volume instantâneo no cilindro. ��¥0 = Pressão média efetiva indicada. (Qp = Diâmetro do duto conectado a válvula de admissão. 2Qp = Velocidade do gás na válvula de entrada.
33
3.7 MODELAGEM DE REAÇÃO E COMBUSTÃO
Os combustíveis usados em Motores de Combustão Interna (MCI) são
majoritariamente hidrocarbonetos que têm grandes poderes caloríficos. Vapores dos
hidrocarbonetos de combustíveis facilmente misturam-se com o ar formando uma mistura
combustível. A composição de combustíveis geralmente é apresentada por massa
elementar de trabalho: C + H + O + N + S + A + W = 100%, onde C, H, O, N, S, A, e W
são porcentagens de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre, cinzas e umidade
do combustível (VLASSOV, 2008)
A particularidade mais relevante de um combustível no que tange a esta simulação
é seu poder calorífico que essencialmente é a quantidade do calor que se liberta durante
a combustão completa do combustível. O poder calorífico pode ser medido em Joule (J,
kJ, MJ) por quilograma de combustíveis líquidos ou por metro cúbico de combustíveis
gasosos. Seu valor depende da composição química do combustível. O poder calorífico
pode ser determinado experimentalmente em um banco especial denominado bomba
calorimétrica, em que o combustível é queimado no meio do oxigênio puro de
combustíveis gasosos em um calorímetro. Na bomba calorimétrica é determinado o
chamado poder calorífico superior 8µ¶¯. O valor inclui um calor de condensação do vapor
da água formado pela combustão do hidrogênio e pela umidade contida no combustível.
Por outro lado, em MCI, os gases de escape têm a temperatura maior do que a de
condensação do vapor da água e por isso esse calor não se aproveita. Em cálculos térmicos
dos MCI é usado o poder calorífico inferior 8·¸, que não inclui o calor de condensação
de vapor da água. Entre poder calorífico superior e inferior há uma correlação, conforme
explicitado na Eq. (3.30) (VLASSOV, 2008).
8·¸ = 8µ¶¯ % ~~�¹ % ~�& (3.30)
onde,
8·¸ = Poder calorífico inferior.(PCI) `º»º�b!8µ¶¯ = Poder calorífico superior.
¹ = Porcentagem massica do hidrogênio.
& = Porcentagem mássica da umidade no combustível líquido.
34
Um combustível é composto em geral de carbono C, hidrogênio H e pequenas
quantidades de enxofre S, oxigênio O e nitrogênio N. A Tabela 3.2 abaixo apresenta
composições típicas e alguns parâmetros de combustíveis derivados do petróleo e do
álcool.
Tabela 3.2 – Especificação de composições típicas dos combustíveis (VLASSOV, 2008).
Combustível Porcentagem em massa de
elementos Massa molecular PCI
C H O kg/kmol MJ/kg Gasolina (pura) 85,5 14,5 - 110/120 43,93
Óleo diesel 87 12,6 0,4 180/220 42,44 Etanol 50,05 13,05 36,9 43,37 25,078
A combustão pode ser completa ou incompleta. A completa acontece quando na
câmara de combustão há o oxigênio do ar na quantidade suficiente para oxidação
completa de todos os elementos combustíveis. Os elementos químicos do combustível
(carbono - C; hidrogênio - H; enxofre - S) reagem com o oxigênio do ar formando os
produtos de combustão completa.
No caso de a câmara de combustão receber uma quantidade menor de ar que a
necessária, a combustão será incompleta. Trata-se o hidrogênio e o enxofre como
elementos mais ativos que o carbono e a falta do ar influi geralmente sobre a reação da
queima do carbono e nos produtos de combustão aparecerá CO (monóxido de carbono).
Sendo um gás combustível, o monóxido do carbono reage com o oxigênio do ar e
libera o calor. A combustão incompleta é indesejável; quando motor funciona
regularmente, na câmara de combustão existe o ar suficiente ou em excesso para garantir
a combustão completa.
Neste modelo, utilizou-se a formulação mais ampla de combustão com ar padrão
conforme descrito pela Eq. (3.31) (HEYWOOD, 1988).
��¹4¼p + ½¾¿)¼" + �cÀÀ�Á"- + ½Â¿¾cù"¼Ä ½�¾¿�¼" + ½Â¿¾c¯¹"¼ + ½¸¿Á"
(3.31)
!
35
onde,
½¾¿ = m + *� % ]~!½�¾¿ = m!½Â¿¾c¯ = *~ + ½Â¿¾cÃ!½¸¿ = �cÀÀ�½¾¿
E ainda considerando os conceitos de peso molecular e razão ar/combustível
temos as Eqs. (3.32) e (3.33).
*1345ÅÅÅÅÅÅÅÅ = m*�ÅÅÅÅ + **ÂÅÅÅÅÅ + ]*¾ÅÅÅÅ (3.32)
)h �v -:;� = ½¾¿)T + �cÀÀ�-*Æ�ÅÅÅÅÅ*1345ÅÅÅÅÅÅÅÅ (3.33)
onde,
*Æ�ÅÅÅÅÅ = ~±cÇ�~ ½È½*_m .!*�ÅÅÅÅ = T~caTaÀ ½È½*_m .!*ÂÅÅÅÅÅ = TcaaÀÇ�\ ½È½*_m .!*¾ÅÅÅÅ = T�cÇÇÇ�\ ½È½*_m.
O ar atmosférico foi modelado conforme a Tabela 3.3.
Tabela 3.3 – Modelo de ar atmosférico (AVL, 2009).
ppm/Volume Massa
Molecular Fração Molar
Razão Molar ¼" 209500 31,998 0,2095 1 Á" 780900 28,012 0,7905 3,773
Ar 9300 39,348 �¼" 300 44,009 1000000 1 4,773
36
Enquanto para modelagem das reações e mecanismos de calor específico (y�É -, entalpia (8Å) e entropia (MÊ) foram empregadas as Eqs. (3.34), (3.35) e (3.36) (JANAF,
1917).
y�É = �)RZ + R"� + Ru�" + Rx�u + R¡�x- (3.34)
8Å = � ©RZ� + R"~ �" + Ru� �u + Rx� �x + R¡� �¡ + R�ª (3.35)
MÊ = �)RZ + m]� + R"� + Ru~ �" + Rx� �u + R¡� �x + R�- (3.36)
3.8 MODELAGEM DE EMISSÕES NOx
Ambos os modelos de Wiebe e Fractal utilizam as mesmas equações para as
emissões estimadas pelo programa BOOST. A formação de NOx é equacionada para
calcular através do modelo de formação de NO de acordo com as equações abaixo. Este
modelo inclui a equação do mecanismo de produção/destruição de NO, pela Eq. (3.37) e
as equações dos seus parâmetros, pelas Eqs. (3.38), (3.39) e (3.40).
(`Á¼b(^ = Á¼¯¾µk e Á¼Ë¶ik e ~ca e )T % Ì"- �ZT + ÍhÎZ (3.37)
Í = `Á¼b`Á¼b:Ï eTÁ¼¯¾µk
(3.38)
hÎZ = �Z�" + �u (3.40)
hÎ" = �x�¡ + �� (3.41)
O tratamento computacional do software necessita de dois parâmetros ajustáveis
pelo usuário para acertar as emissões de NOx. Estes são o Á¼¯¾µk e o Á¼Ë¶ik. O
primeiro afeta a formação e a oxidação após o período de combustão durante a expansão
e exaustão, enquanto o segundo ajusta a formação de NO no período de combustão.
37
4 METODOLOGIA
O método empregado neste projeto é de solução matemática, simulação e
corroboração experimental por dados preexistentes das curvas de pressão por ângulo de
giro do virabrequim para o diesel, a fim de validar os modelos e na sequência utilizar
biodiesel de soja e obter novos resultados.
4.1 AVL BOOST®
O AVL BOOST® é um software que pode simular uma variedade de motores, de
2 ou 4 tempos, por centelha ou de autoignição; desde motores de pequena capacidade
para motos até emprego de motores industriais de grande porte ou propulsão de
embarcações.
O modelo de cálculo é projetado empregando os dados a partir de uma árvore de
elementos conectados por elementos de tubo. A proposta é que desta forma as
configurações de motores complexos possam ser modeladas. O programa faz a
otimização de algoritmos de simulação para todos os elementos disponíveis e o fluxo nos
tubos é tratado como unidimensional.
O AVL BOOST® foi usado como uma ferramenta de simulação para analisar as
características de desempenho e para diferentes misturas de biodiesel e diesel (em
volume). Os resultados obtidos a partir da simulação de diferentes misturas de
combustível serão comparados.
4.2 SIMULAÇÃO
O modelo de simulação foi desenvolvido usando o software AVL BOOST® e tem
sido utilizado para estudar o desempenho de motores trabalhando com mistura diesel-
biodiesel. A etapa de pré-processamento permite ao usuário modelar uma configuração
de banco de ensaio do motor usando os elementos predefinidos fornecidos na caixa de
ferramentas do software. Os vários elementos foram unidos pelos conectores desejados
para estabelecer o modelo completo para o motor utilizado.
Em um motor de ignição por centelha os hidrocarbonetos não queimados têm
diferentes fontes. Uma descrição completa de seu processo de formação ainda não pode
ser explicitado, e definitivamente, a concretização de um modelo preditivo confiável
38
dentro de uma abordagem termodinâmica é impedida pelos pressupostos fundamentais e
a exigência de redução de tempo computacional. No entanto, um modelo fenomenológico
que representa os principais mecanismos de formação e é capaz de capturar as tendências
HC como função dos parâmetros de funcionamento do motor pode ser proposto. As
seguintes fontes de hidrocarbonetos não queimados podem ser identificadas em motores
de ignição de MONTENEGRO (2007).
1. Uma fração da carga de combustível entra nas fendas entre os volumes dos anéis
de segmento e não é queimada, dado que a chama se extingue no cilindro.
2. Os vapores de combustível são absorvidos na camada de óleo e depósitos na parede
do cilindro durante o consumo e compressão. A seguir tem lugar a dessorção, quando a
pressão do cilindro diminui durante o curso de expansão e a combustão completa não
pode se dar mais.
3. As camadas na parede da câmara de combustão, que são tratadas de forma que a
chama se extingue antes de atingir as paredes.
4. A queima parcial ocasional ou falha de ignição completa, ocorre quando a
qualidade de combustão é pobre.
5. O fluxo direto de vapores de combustível no sistema de escape durante a
sobreposição das válvulas nos motores de PIF (Port Fuel Injection).
Os dois primeiros mecanismos e, em particular, a formação de depósito de fenda
são considerados como sendo os mais importantes e devem ser contabilizados de um
modelo termodinâmico.
O processo de formação de hidrocarbonetos não queimados nas fendas é descrito
presumindo-se que a pressão no cilindro e nas fendas é a mesma e que a temperatura da
massa nos volumes de fenda é igual à temperatura do pistão (AVL, 2009).
Para o modelo de estudo atual foi empregado o modelo de Wiebe, que é uma
modelagem fenomenológica. Ele divide a câmara de combustão em regiões de gases não
queimados e queimados. As propriedades do gás durante a compressão e expansão foram
calculados com base em relações isentrópicas (AVL, 2009).
A previsão de libertação de calor e de propriedades de gás são formas modificadas
da Eq. de energia. A taxa de libertação de calor das paredes do cilindro é calculada usando
a Eq. de transferência de calor. E a taxa de libertação de calor é modelada a partir do
modelo de libertação de calor de HEYWOOD (1988).
39
O atraso da ignição pode ser definido como o intervalo de tempo entre o início da
injeção do combustível e o início da combustão. Muitos pesquisadores têm dado
correlações para prever o atraso da ignição do início da primeira era WOLFER (1938).
A potência de atrito é simulada por relações empíricas usadas para predizer as
perdas por fricção (GANESAN, 2002). Calcular a perda de potência de atrito é
importante, pois não só afeta o desempenho, mas também aumenta o tamanho do sistema
de refrigeração. Há a perda para superar o atrito devido à pressão do gás por trás dos
anéis, a absorvida em atrito devido à tensão da parede com os anéis e a absorvida em
atrito devido ao pistão e anéis (AVL, 2009).
A pressão e as temperaturas em cada passo do ângulo de manivela no ciclo são
obtidas resolvendo a Eq. de energia, tomando a Eq. dos gases perfeitos por unidade do
ângulo do eixo de manivela.
4.3 BANCADA DE TESTES
A bancada fornecedora de dados utilizados foi adquirida pela Universidade Federal
do Rio de Janeiro, juntamente com a Petrobras, para a realização de testes e pesquisas
com óleos combustíveis pesados e lubrificantes. O equipamento fica situado no
Laboratório de Máquinas Térmicas (LMT) no banco de provas BUNKER I, Figuras 4.1
e 4.2.
Figura 4.1 – Entrada do BUNKER I
40
Figura 4.2 – Sala de controle da bancada Bunker I
4.4 INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
A bancada conta com instrumentos de medição IndiModul AVL, um sistema
flexível e compacto para medição de pressão no cilindro do motor. As oito entradas
analógicas de velocidade podem ser usadas para uma variedade de aplicações na área de
desenvolvimento de combustão. Possui fácil manuseio devido à interface de usuário
intuitiva, aquisição de dados baseados no ângulo do virabrequim, transmissão em tempo
real do ângulo de manivela, dados brutos (streaming) à memória do PC para todas as
tarefas de aquisição.
Para análise de medições de emissões foi usado o equipamento Horiba MEXA-
7100, que é um sistema de análise de resposta rápida. Ele mede em porcentagem de
volume gás oxigênio, hidrocarbonetos não queimados, óxidos de nitrogênio, óxidos de
enxofre e óxidos de carbono. Como seu alvo tem as emissões de motores diesel ou
gasolina (4 tempos). Ideal para aplicações tais como medição das emissões de massa e
monitoramento da geração de gases em sistemas de avaliação de catalisador.
Para medição de consumo nos dados experimentais foi usado o método
gravimétrico, que consiste em usar uma balança para medir o fluxo de combustível e um
dinamômetro para medir a potência de saída do eixo, além de um tanque diário de óleo
diesel marítimo.
41
4.5 MOTOR EMPREGADO
Foi utilizado como referência o motor MAN modelo Innovator – 4C (Figura 4.3),
que tanto opera com óleo diesel, bem como com combustíveis mais pesados, sendo
necessário para esse caso um prévio tratamento composto de decantação, centrifugação e
aquecimento do combustível a fim de reduzir sua viscosidade. Na bancada o motor possui
sistema de turbo compressão com a finalidade de aumentar a massa de ar injetada nos
cilindros através de uma maior massa específica resultante da compressão no dispositivo.
Assim, mais combustível é queimado, aumentando a potência do motor para um mesmo
volume admitido nos cilindros. Sua turbina alimentadora do turbo compressor é acionada
pelos gases de exaustão do motor e seu rotor aciona o compressor, que está montado em
um eixo comum.O motor também utiliza um intercooler para resfriamento de ar reduzindo
a temperatura do ar oriundo do compressor, aumentando sua massa específica. Alguns
detalhes do motor MAN, Figura 4.3, estão explicitados na tabela 4.1.
Tabela 4.1 - Características do Motor (MAN, 2010). Cilindros 5 em linha
Válvulas por Cilindro 4 válvulas Diâmetro do Cilindro 160mm
Curso do Pistão 240mm Comprimento da Biela 480mm
Cilindrada Total 4800 cm3 Taxa de Compressão 15,2:1
Regime Estacionário Rotação 1200 RPM
Firing Order 1-2-4-5-3 Potência 500 kW
Diâmetro das Válvulas de Admissão 57 mm Folga das Válvulas de Admissão 0,4 mm
Diâmetro das Válvulas de Exaustão 54 mm Folga das Válvulas de Exaustão 0,5 mm
42
Figura 4.3 – Motor Innovator - 4C instalado no banco de provas do LMT
Durante a simulação de óleo diesel marítimo no motor é importante a elaboração
de metodologias de estudo e análise dos parâmetros de interesse. Como este combustível
será usado como base para as misturas com biodiesel, é relevante para ensaios iniciais
que o óleo diesel seja avaliado para que após as misturas sirva como base de comparação
das curvas de pressão e até de emissões.
O motor marítimo diesel é um motor de quatro tempos que possui 5 cilindros
dispostos em linha e opera em regime estacionário a 1200 rpm. Ele possui ponto de
injeção fixo e é capaz de produzir 500 ½& de potência. O motor possui um intercooler
que resfria o ar antes de ser admitido pelo cilindro para aumentar sua massa específica e,
como faz o turbocompressor, também aumenta sua eficiência volumétrica.
O motor está equipado com importantes sensores para medir a variação do ângulo
do virabrequim e a pressão na câmara de combustão. Existem ainda sensores para medir
a pressão na linha de combustível, o levantamento da agulha do bico injetor e os níveis
de emissões.
A medição do ângulo do virabrequim é captada por um sensor eletromagnético de
modelo Honeywell 3010AN. Para a pressão na câmara de combustão é feita a medição
43
pelo sensor da AVL modelo GU21D, que utiliza o método de piezoeletricidade. O
acoplamento para a medição da pressão na câmara de combustão em função do ângulo
obtém dados a cada 0,25° e / = 0° representa o pistão no PMS ao final do tempo da
compressão e no início do tempo de expansão (PASQUALETE, 2015).
As válvulas possuem os ângulos de abertura e fechamento de admissão e de
exaustão conforme extraído da Figura 4.4 e apresentado na Tabela 4.2. Em um documento
fornecido pelo fabricante do motor, tais ângulos estão especificados para quando há ou
não há folgas entre o cilindro e as válvulas, conforme mostra a Tabela 4.2.
Figura 4.4 – Ângulo de abertura e fechamento das válvulas (adaptado de MAN, 2010).
Tabela 4.2 - Ângulos das válvula de admissão e de exaustão (MAN, 2010).
Cilindro/vv Fechamento da vv de
admissão Abertura da vv de exaustão
Com folgas -146.5° 126.5° Sem folgas -126.0° 86°
Levando em conta o poder calorífico inferior do MDO, foi usado o valor do
manual de projeto do motor (MAN Diesel & Turbo, 2010): PCI = 42.7 �Ð/½È. A
temperatura nas paredes da câmara de combustão e cilindro foi assumida como a da água
do sistema de arrefecimento sai das camisas do cilindro: ÑÒ = 90°� (MAN, 2010).
Quanto à operação, a frequência de rotação é em regime estacionário Á = 1200
�U*. A vazão mássica de combustível injetada na câmara de combustão pode ser
determinada através do consumo específico de combustível (Specific Fuel Consumption
- jÓ�), cujos valores por carga estão listados na Tabela 4.3.
44
Tabela 4.3 – Consumo específico de combustível (jÓ�) por carga (MAN, 2010).
Carga jÓ�
(È/½&8) 25% 230 50% 199 75% 187 100% 188
A partir do esquema do motor descrito no manual e observado no LMT, o modelo
do motor foi construído no AVL BOOST® e é apresentado na Figura 4.5.
Figura 4.5 – Modelo Innovator 4C em AVL BOOST®
4.6 COMBUSTÍVEIS
Nesta pesquisa foram empregados dois combustíveis para as misturas dando
origem a todas as misturas de combustíveis nesta simulação. Estas foram feitas com óleo
diesel e biodiesel. Para caracterização dos combustíveis, os seguintes passos são
necessários: informar a Massa molar [kg/mol], o Poder Calorífico Inferior (PCI) [J/kg], a
Razão ar/combustível estequiométrica, a Razão de massa de Carbono/massa total, a
Razão de massa de Oxigênio/massa total, a Razão de massa de Nitrogênio/massa total, o
Calor específico molar, a pressão constante em função da temperatura conforme a Eq.
(3.34), a Entalpia específica molar em função da temperatura (8 ̅) [kJ/kmol] conforme a
Eq. (3.35) e a Entropia específica molar em função da temperatura (M ̅) [kJ/kmol] conforme
a Eq. (3.36).
45
4.6.1 ÓLEO DIESEL
Para as propriedades do óleo diesel marítimo comercializado no Brasil foram
utilizados os parâmetros de forma explicitada na tabela 4.4 para os dados de óleo diesel
(sem biodiesel) (FILHO, 2008).
Tabela 4.4 - Parâmetros para Diesel Marítimo (FILHO, 2008).
Parâmetros Diesel Razão de Carbono/massa total 0,839
Razão de Hidrogênio/massa total 0,080 Razão de Oxigênio/massa total 0,081
Massa molar [kg/mol] 0,100 Poder Calorífico Inferior (PCI) [MJ/kg] 42,839
Razão ar/combustível est. 15,169
Os valores constantes para as Eqs. (28-30) de Calor específico, Entalpia e Entropia
são apresentados na Tabela 4.5 e são fornecidos pela AVL (2009).
Tabela 4.5 – Índices Eqs. de y�c 8\L\M (Diesel) (AVL, 2009). a Baixas Temperaturas Altas Temperaturas 1 -2,77E+00 1,89E+01 2 9,83E-02 4,88E-02 3 -3,50E-05 -1,68E-05 4 -2,30E-08 2,70E-09 5 1,59E-11 -1,66E-13 6 -3,20E+03 -9,39E+12 7 3,52E+01 -7,88E+01
4.6.2 BIODIESEL
Com o intuito de completar a entrada de dados com as propriedades do biodiesel
produzido no Brasil, foram utilizados os dados de biodiesel à base de soja de LIN (2006),
expostos pela Tabela 4.6. Os mesmos dados foram utilizados por MATIAS (2014) em
sua simulação tendo obtido êxito.
46
Tabela 4.6 - Parâmetros para Biodiesel de Soja (LIN, 2006). Parâmetros Biodiesel
Razão de Carbono/massa total 0,7681 Razão de Hidrogênio/massa total 0,1182 Razão de Oxigênio/massa total 0,1137
Massa molar [kg/mol] 0,2815 Poder Calorífico Inferior (PCI) [MJ/kg] 39,714
Razão ar/combustível est. 12,4
Para determinar molécula padrão do biodiesel de soja, LIU (2010) fez uma análise
de amostra de biodiesel a base de óleo de soja. Foi encontrada a porcentagem mássica de
moléculas presentes nesse combustível. Os resultados para a quantidade de moléculas
pelo número de carbonos em sua estrutura são apresentados na tabela 4.7.
Tabela 4.7 – Composição de Biodiesel percentagem mássica (LIU, 2010).
Nº C % m 14 0,42 16 10,92 18 87,43 20 0,69 22 0,42 24 0,12
Foi observado que a maioria das moléculas são compostas por 18 carbonos. Deste
modo esta foi selecionada como a molécula padrão e assim foi definida a tabela 4.8 para
o ÔZ ÕuuO".
Tabela 4.8 - Parâmetros para Biodiesel Soja (LIN,2006). Parâmetros Biodiesel
Razão de Carbono/massa total 0,7681 Razão de Hidrogênio/massa total 0,1182 Razão de Oxigênio/massa total 0,1137
Massa molar [kg/mol] 0,2815 Poder Calorífico Inferior (PCI) [MJ/kg] 39,714
Razão ar/combustível est. 12,4
Com relação aos valores das constantes para as Eqs. (3.34-3.36) para o biodiesel,
eles não se encontram na base de dados do AVL BOOST®. Os comportamentos das
propriedades termodinâmicas do biodiesel serão aproximadas, assim como as do diesel
47
pelas Eqs. (3.34-3.36). Segundo JUNIOR (2011), que confirmou embasado por ZHOU
(2005), o biodiesel apresenta calor específico à pressão constante 40% maior que o do
óleo diesel convencional. No mesmo ano CARNEIRO (2011) publicou que o biodiesel
apresenta o calor específico à pressão constante, com um valor cerca de 40% maior do
valor para o óleo diesel. Este fato é revisitado por MENDONÇA (2015), que também
confirma o dado e publicou que o calor específico do biodiesel de soja, na temperatura
ambiente, é cerca de 40% maior que o do óleo diesel.
Como �Òc �\Ö\�\estão na base molar, e ××ØÙÚÛÚÜ ××ÝÙÞØÙÚÛÚÜv � ac�, será
empregado para os coeficientes RZc R"c Ruc Rx\L\R¡ do biodiesel nas Eqs. (3.34-3.36) a Eq.
(4.1). Espera-se encontrar um resultado semelhante aos citados anteriormente com
y�c9Q3@Q:;:�wy�cqQ:;:� � 1,4.
RpcqQ:;:� = Rpc9Q3@Q:;:� W*9ß3@ß:;:�ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ*qß:;:�ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ X (4.1)
Portanto as constantes para as Eqs. (3.34-3.36) são apresentadas pela tabela 4.9.
Tabela 4.9 - Índices Eqs. de y�c 8\L\M (Biodiesel) a Baixas Temperaturas Altas Temperaturas 1 -7,77E+00 5,32E+01 2 2,76E-01 1,37E-01 3 -9,82E-05 -4,72E-05 4 -6,46E-08 7,57E-09 5 4,45E-11 -4,66E-13 6 -2,82E+05 -8,98E+09 7 9,89E+01 -2,21E+02
48
Figura 4.6 – Calor específico para diesel e biodiesel.
Com estas escolhas para os coeficientes RZc R"c Ruc Rx\L\R¡ do biodiesel, os valores
máximo e mínimo de y�c9Q3@Q:;:�wy�cqQ:;:� foram respectivamente de 1,43 e 1,38,
conforme mostra a figura 4.6. Esta aproximação limita o comportamento do biodiesel ao
do diesel com variação apenas de módulo. Então poderá incorrer em erro no diagrama
pressão por posição do ângulo do eixo de manivelas a ser avaliado. Além disso o
comportamento do calor específico com o aumento da temperatura do biodiesel pode ser
diferente do diesel na prática. Isto pode acarretar em erros na pressão interna no cilindro,
na quantidade das emissões e na curva da energia liberada. É necessário executar um teste
experimental para confirmação ou correção desta escolha.
49
5 SIMULAÇÃO E RESULTADOS
A seguir, são apresentados os cálculos realizados pela simulação obtida através
dos dados descritos nos capítulos anteriores. Os resultados da metodologia para a pressão
interna na câmara de combustão do motor marítimo para as quatro cargas simuladas
(25%, 50%, 75% e 100%) estão apresentados a seguir. Primeiro, foi feita a simulação
para o combustível diesel e comparado com os dados reais extraídos em ensaio na referida
bancada com o supracitado motor para fins de validação do modelo. Na sequência foram
empregados os dados para o biodiesel de soja e feita a mesma simulação. Desta forma,
foi realizada a mistura volumétrica para 10% e 20% de biodiesel em diesel.
5.1 OBJETIVO
A principal finalidade desta simulação é obter a curva Pressão dentro do cilindro do
motor x Ângulo de Manivela considerando as etapas da curva de liberação de calor, o
atraso de ignição, a combustão rápida, a combustão controlada e a combustão final,
conforme mostrado a figura 5.1.
Figura 5.1 – Pressão dentro do cilindro x Ângulo (com e sem combustão) (adaptado de
SHAHABUDDIN, 2013).
A figura 5.1 mostra o intervalo AB que é denominado atraso de ignição. Este é o
tempo contido entre o início da injeção SOI (Start of Injection), e o início da combustão
50
SOC (Start of Combustion) e é decorrente de processos físico-químicos que acontecem
anteriormente à queima do combustível.
A figura 5.2 detalha que o ponto “a” é o SOI (Start of Injection) ou início da
injeção, “b” é o SOC (Start of Combustion) ou início da combustão, “c” é o ID (Ignition
Delay) ou atraso de ignição, “d” é o período de mistura e, por fim, “e” é o período de
interação.
Figura 5.2 – Atuação da combustão, detalhe ID (Pressão x Ângulo) (adaptado de
SHAHABUDDIN, 2013).
O intervalo seguinte, na figura 5.1, é BC, a combustão rápida ou pré-misturada
que se trata de uma queima rápida e espontânea, onde o combustível misturado com o ar
no atraso de ignição queima. O terceiro intervalo é o CD, a combustão controlada onde
acontece que a chama formada irá avançar sobre qualquer nova quantidade de
combustível que se misturar com o ar que é a combustão difusiva. E a partir de D, a
combustão final ou “cauda da combustão”, é a queima das últimas parcelas de
combustível.
5.2 ÓLEO DIESEL
5.2.1 MODELO WIEBE
A função de Wiebe necessita de que as constantes R e * sejam ajustadas. Para
estimar os valores foram empregados os resultados de PASQUALETTE (2015), que
51
utilizou o mesmo motor/gerador, a mesma bancada de teste e o mesmo combustível para
determinar esses valores. A tabela 5.1 resume os parâmetros necessários para cada carga,
para o uso da função de Wiebe simples.
Tabela 5.1 - Parâmetros Curva Liberação de Energia Diesel (PASQUALETTE, 2015). Carga /àáâ (°) ∆/(°) R * 25% 0,61 33,58 7,0 0,8 50% -0,45 35,55 4,1 0,8 75% -0,98 34,15 2,7 0,8
100% -1,56 36,72 2,1 0,8
A figura 5.3 mostra a comparação entre os dados reais obtidos em bancada de
medição por PASQUALETTE (2015) e denominados “medidos” e a experiência
computacional simulada conforme acima descrito em 0`0RbS/`äb.
Figura 5.3 – Resultados Medição x Simulação Diesel (B0D100) Wiebe.
52
É possível inferir da comparação dos dados explicitados pela figura 5.3 que o
método empregado apresenta resultados válidos com erros limitados, conforme mostra a
tabela 5.2.
Tabela 5.2 - Pico de Pressão Diesel Wiebe
Carga Medido Simulado Variação 04no`0Rb /`äb 04no`0Rb /`äb 04no`0Rb /`äb
25% 7,10E+06 8,5 7,16E+06 8,6 0,9% 1,2% 50% 1,01E+07 11,4 1,02E+07 11,6 1,0% 1,8% 75% 1,31E+07 10,9 1,33E+07 11,2 1,5% 2,8% 100% 1,59E+07 15,9 1,56E+07 16,5 1,9% 3,8%
A tabela com os dados dos resultados de medição contra simulação com o modelo
Wiebe do diesel por carga em 0`0RbS/`äb é apresentada no Anexo I.
5.2.2 MODELO FRACTAL
O modelo Fractal necessita de que as constantes ��c�:�, �" e ( devem ser mantidos
com os seus valores padrão, exibidos na Tabela 3.1, não precisando ser ajustados. Já para
os parâmetros y4, y� e yi o manual instrui como ajustar aos valores maior correlação
entre os resultados de simulação com os dados experimentais de pressão.
O yQ�p refere-se a um atraso na ignição e controla quanto tempo (ou quantos graus
do virabrequim) leva desde o momento da ignição até o início efetivo da combustão. O
erro na determinação nesse parâmetro implicará num deslocamento dos resultados em
função dos ângulos de avanço, podendo ser comparada à curva experimental.
Os parâmetros restantes, y4, y�, yi e yQ�p foram ajustados em um procedimento
interativo em três tentativas de y4= -0,33, y� = 0,5, yi = 0,5 e yQ�p = 1 para y4= -0,28, y� = 0,4, yi = 0,4 e yQ�p = 0.9. A partir dos valores recomendados na Tabela 3.1 obtém-se
um resultado preliminar da curva de pressão, no próprio simulador de motores AVL
BOOST®. Os parâmetros são ajustados para que o pico de pressão ocorra de acordo com
o dado experimental. A figura 5.4 mostra a comparação entre os dados reais obtidos em
bancada de medição por PASQUALETTE (2015) e denominados “medidos” e a
experiência computacional simulada conforme acima descrito em 0`0RbS/`äb.
53
Figura 5.4 – Resultados Medição x Simulação Diesel (B0D100) Fractal.
É possível inferir da comparação dos dados explicitados pela figura 5.4 que o
método empregado apresenta resultados válidos com erros limitados, conforme mostra a
tabela 5.3. Entretanto, o perfil da curva difere do esperado e do experimental após o atraso
de ignição. Este fato pode ser consequência de o modelo Fractal ser desenhado para uma
fonte de ignição como uma vela e esse motor não possuir esse equipamento.
54
Tabela 5.3 - Pico de Pressão Diesel Fractal
Carga Medido Simulado Variação
25% 7,10E+06 8,5 7,08E+06 8,7 0,28% 2,35%
50% 1,01E+07 11,4 1,01E+07 11,3 0,00% 0,88%
75% 1,31E+07 10,9 1,32E+07 11,1 0,76% 1,83%
100% 1,59E+07 15,9 1,56E+07 16,2 1,89% 1,89%
A tabela com os dados dos resultados de medição contra simulação com o modelo
Fractal do diesel por carga em 0`0RbS/`äb é apresentada no Anexo II.
5.2.3 NOx
As figuras 5.3 e 5.4 mostram que o modelo de Wiebe e o modelo Fractal
descrevem a curva de pressão experimental com erros inferiores a 5%. Para o
funcionamento do motor a 1200 rpm e em suas diferentes cargas, os resultados de
emissões de NOx para os dados experimentais de PASQUALETTE (2015) para ambos
modelos e as diferenças são apresentados nas tabelas 5.4, 5.5 e na figura 5.5.
Tabela 5.4 – Parâmetros de Ajuste de NOx 25% 50% 75% 100%
NOX_MULT (Wiebe) 1 1 1 1 NOX_POST (Wiebe) 0,6 0,7 0,8 1,1 NOX_MULT (Fractal) 1 1 1 1 NOX_POST (Fractal) 2,5 2,7 2,9 3,15
Tabela 5.5 – Emissões de NOx 25% 50% 75% 100%
NOX EXP [ppm] 833 991 1022 932 NOX SIM (Wiebe) [ppm] 814 953 995 1008 NOX SIM (Fractal) [ppm] 841 953 998 1043 Diferença (Wiebe) -2,2% -3,8% -2,7% 8,2% Diferença (Fractal) 1,0% -3,8% -2,4% 11,9%
55
Figura 5.5 – Emissões NOx (B0D100).
A tabela 5.4 sugere que as simulações de NOx para o modelo Wiebe apresentaram
resultados com erro abaixo de 5% com relação aos dados experimentais. Por sua vez, nas
simulações de ambos os modelos a 100% de carga apresentaram erros superiores em
relação aos dados experimentais (máximo de 11,9%).
5.3 BIODIESEL
Para o biodiesel, a função de Wiebe utilizará constantes R e * diferentes do diesel
e ajustadas de forma distinta. Foram empregados os resultados de MATIAS (2014), onde
foi utilizado o mesmo motor/gerador, a mesma bancada de teste e o mesmo combustível,
o biodiesel a base de soja para determinar esses dados. A tabela 5.6 resume os parâmetros
necessários para cada carga para o uso da função de Wiebe simples.
Tabela 5.6 - Parâmetros Curva de Liberação de Energia Biodiesel (MATIAS, 2014) Carga /àáâ (°) ∆/(°) R * 25% 0,02 33,2 4,6 0,8 50% -0,82 37,99 4,6 0,8 75% -1,05 37,23 4,6 0,8 100% -1,39 44,15 4,6 0,8
56
A figura 5.4 mostra a experiência computacional simulada com os dados de
entrada reais obtidos nos trabalhos supracitados, apresentando os gráficos 0`0RbS/`äb. A
figura 5.6 mostra o comparativo entre eles e a tabela 5.7 mostra o comparativo dos picos
de pressão.
Figura 5.6 – Resultados Simulação Biodiesel (B100D0) por carga.
Figura 5.7 – Comparativo B100D0 por carga.
57
A tabela com os dados dos resultados de simulação do biodiesel por carga em
0`0RbS/`äb é apresentada no Anexo III.
5.4 MISTURAS
Para a interação entre o biodiesel e o diesel durante as misturas existe um processo
de evolução no atraso de ignição. Este comportamento foi estudado por SAHOO (2008)
em biodiesel proveniente de Jartropha, Karanja e Polanga. Conforme mostrado na figura
5.6, ao extrair as curvas de HRR (Heat Release Rate), taxa de liberação de calor, em J/CA
(joules por crank angle - joules por ângulo de virabrequim), ele explicita o atraso de
ignição nas tabela 5.8 e 5.9 além das figuras 5.8, levando em consideração a quantidade
de biodiesel e a carga sobre o motor.
Tabela 5.8 - Atraso de ignição (ID) por carga, combustíveis e misturas (SAHOO, 2008).
ID)ä- Carga Carga 0 50% 100% 0 50% 100%
Diesel 16 11,7 8,9 - - - JB20 14,3 10,9 7,5 11% 7% 16% JB50 14 9,8 6,1 13% 16% 31% JB100 10 7,2 4,3 38% 38% 52% KB20 15,7 10,9 8,1 2% 7% 9% KB50 14,2 9,9 6,2 11% 15% 30% KB100 9,7 6,8 4 39% 42% 55% PB20 14,2 9,9 7,2 11% 15% 19% PB50 12,6 8,2 6,1 21% 30% 31% PB100 9,6 6,7 6,2 40% 43% 30%
Tabela 5.7 - 0ËÆå B100D0. B100D0 Pmax
25% 7,65E+06
50% 1,10E+07
75% 1,42E+07
100% 1,72E+07
58
Figura 5.8 – Atraso de ignição (ID) por carga para combustíveis e misturas (adaptado de
SAHOO, 2008).
Tabela 5.9 - Efeito médio do Biodiesel no atraso de ignição (ID) (SAHOO, 2008).
Biodiesel Média ID
Carga 0% 50% 100%
20% 11% 7% 16% 50% 13% 16% 31% 100% 39% 42% 52%
Com os resultados para diesel (B0D100) validados e a simulação para biodiesel
de soja puro (B100D0) concluída, foi realizada a mistura volumétrica aplicando os
resultados das tabelas 5.8 e 5.9 nos resultados apresentados pelas tabelas 5.6 e 5.7, a fim
de obter os dados de entrada para curva de liberação de energia para o ângulo do início
da combustão, a duração da combustão e o parâmetro para as misturas, conforme
mostrado nas tabelas 5.10, 5.11 e 5.12. O parâmetro m foi constante para o diesel e para
o biodiesel em todas as cargas e portanto será considerado constante nas misturas
executadas entre ambos.
59
Tabela 5.10 - Interpolação por Sahoo do æàáâ (°). /SOC (°) Carga Combustível 0 25% 50% 75% 100%
B0D100 1,15 0,61 -0,45 -0,98 -1,56 B10D90 1,07 0,55 -0,49 -0,99 -1,54 B20D80 1,00 0,49 -0,52 -0,99 -1,53 B100D0 0,37 0,02 -0,82 -1,05 -1,39
Tabela 5.11 - Interpolação por Sahoo do ∆/(°).
∆/(°) Carga Combustível 0 25% 50% 75% 100%
B0D100 30,46 33,20 37,99 37,23 44,15 B10D90 30,70 33,24 37,75 36,92 43,41 B20D80 30,93 33,28 37,50 36,61 42,66 B100D0 32,80 33,58 35,55 34,15 36,72
Tabela 5.12 - Interpolação por Sahoo do a.
a Carga Combustível 0 25% 50% 75% 100%
B0D100 4,6 4,6 4,6 4,6 4,6 B10D90 5,0 4,8 4,6 4,4 4,4 B20D80 5,3 5,1 4,5 4,2 4,1 B100D0 8,2 7,0 4,1 2,7 2,1
Para a primeira mistura foram utilizados 10% de biodiesel e 90% diesel (B10D90).
A figura 5.9 mostra a experiência computacional simulada com os dados de entrada
obtidos nas tabelas 5.10, 5.11 e 5.12 com gráficos 0`0RbS/`äb. A figura 5.10 mostra o
comparativo e a tabela 5.13 mostra o comparativo dos picos de pressão (Anexo III).
60
Figura 5.9 – Resultados Simulação Biodiesel (B10D90) por carga.
Figura 5.10 – Comparativo B10D90 por carga.
61
Para a segunda mistura foram utilizados 20% de biodiesel e 80% diesel (B20D80).
A figura 5.11 mostra a experiência computacional simulada com os dados de entrada
obtidos nas tabelas 5.10, 5.11 e 5.12 com gráficos 0`0RbS/`äb. A figura 5.12 mostra o
comparativo entre eles e a tabela 5.14 mostra o comparativo dos picos de pressão (Anexo
IV).
Figura 5.11 – Resultados Simulação Biodiesel (B20D80) por carga.
Tabela 5.13 - 0ËÆå B10D90. B10D90 Pmax
25% 7,21E+06
50% 1,02E+07
75% 1,33E+07
100% 1,61E+07
62
Figura 5.12 – Comparativo B20D80 por carga.
A tabela 5.15 mostra um comparativo das pressões de pico no cilindro durante a
combustão dos diferentes combustíveis e misturas aplicados a diferentes cargas. Este
resultado é semelhante ao encontrado por SAHOO (2008) e exposto pela tabela 5.16
(Anexo V).
Tabela 5.15 - Comparativo PCP simulado. Pressão Carga
Pa 25% 50% 75% 100% B0D100 7,12E+06 1,01E+07 1,31E+07 1,59E+07 B10D90 7,21E+06 1,3% 1,02E+07 1,3% 1,33E+07 1,5% 1,61E+07 1,3% B20D80 7,42E+06 4,3% 1,06E+07 4,7% 1,35E+07 3,1% 1,66E+07 4,5% B100D0 7,65E+06 7,5% 1,10E+07 8,4% 1,42E+07 8,4% 1,72E+07 8,2%
Tabela 5.16 - Comparativo PCP (SAHOO, 2009).
Pressão Carga Bar 100%
B0D100 78,7 B0D100 78,7 B0D100 78,7 JB20D80 80,7 2,5% KB20D80 80,4 2,2% PB20D80 80,9 2,8% JB50D50 83,7 6,4% KB50D50 83,3 5,8% PB50D50 84,1 6,9% JB100D0 84,7 7,6% KB100D0 84,2 7,0% PB100D0 85,3 8,4%
Tabela 5.14 - 0ËÆå B20D80. B20D80 Pmax
25% 7,42E+06
50% 1,06E+07
75% 1,35E+07
100% 1,66E+07
63
5.5 NOx
Para executar a calibração do modelo, quatro parâmetros têm os valores mantidos
segundo a recomendação do fabricante do software de forma descrita anteriormente. O
/(°), atraso de ignição, foi calculado conforme a metodologia aplicada nas misturas
baseadas no resultado de SAHOO (2008).
O parâmetro que se refere ao atraso de ignição foi mantido como valor padrão,
entretanto seria desejável obtê-lo experimentalmente para as misturas de biodiesel assim
como foi feito com os dados obtidos por PASQUALETTE (2015) para o óleo diesel.
O parâmetro yQ�p é responsável pelo ajuste do tempo de atraso entre a centelha e
o real início da combustão. Para ajustar seria adequado utilizar a curva experimental.
Neste caso, se manteriam os outros dois, y� e y�, como padrões e apenas eles como
variáveis até adequar a curva experimental. Uma vez ajustados se passa aos outros dois
parâmetros, y� e y�, que são usados para ajustar a turbulência da combustão. O primeiro é
responsável pela taxa de crescimento da intensidade da turbulência nos estágios iniciais
de abertura da válvula de admissão. O segundo é responsável pela taxa de decaimento da
intensidade de turbulência na fase de compressão. Os parâmetros para a simulação que
foram utilizados estão expostos na tabela 5.17, enquanto os resultados na tabela 5.18.
Tabela 5.17 - Parâmetros modelo AVL para NOx. /(°) yQ�p ��c�:� �" ( y4 y� yi
Carga Padrão 1 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5
25%
B0D100 0,61 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B10D90 0,55 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B20D80 0,49 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B100D0 0,02 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5
50%
B0D100 -0,45 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B10D90 -0,49 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B20D80 -0,52 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B100D0 -0,82 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5
75%
B0D100 -0,98 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B10D90 -0,99 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B20D80 -0,99 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B100D0 -1,05 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5
100%
B0D100 -1,56 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B10D90 -1,54 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B20D80 -1,53 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5 B100D0 -1,39 1 0,01 0,2 2 -0,33 0,5 0,5
64
Tabela 5.18 - Resultados modelo AVL para NOx. Carga Mistura Wiebe [ppm] Fractal [ppm]
25%
B0D100 814 841 B10D90 819 847 B20D80 830 858 B100D0 854 884
50%
B0D100 953 953 B10D90 960 958 B20D80 974 971 B100D0 996 1001
75%
B0D100 995 998 B10D90 1000 1004 B20D80 1014 1017 B100D0 1043 1047
100%
B0D100 1008 1043 B10D90 1014 1051 B20D80 1030 1064 B100D0 1055 1095
Para executar a calibração do modelo fractal, na ausência de dados experimentais,
os parâmetros tiveram os valores mantidos segundo a recomendação do fabricante do
software.
65
6 CONCLUSÕES
Este trabalho apresentou o completo desenvolvimento do modelo computacional
de um motor marítimo do tipo diesel operando com óleo diesel, biodiesel e as misturas
B10D90 e B20D80 através do software AVL BOOST®, utilizando o modelo de combustão
Wiebe, Fractal e o modelo de transferência de calor desenvolvidos pela empresa AVL
nestas simulações.
Os resultados para óleo diesel foram comparados com os dados reais obtidos em
bancada de medição por PASQUALETTE (2015) e as simulações foram realizadas para
25%, 50%, 75% e 100%. Verificou-se pequena variação quando comparados os dados de
pressão simulada pelos modelos Wiebe, Fractal e dados experimentais. Para a simulação
com o modelo Fractal houve também resultados dentro das grandezas esperadas, mas há
diferença após o atraso de ignição, onde o crescimento aqui é mais linear do que o
encontrado nas medições experimentais disponíveis. Portanto, foi possível validar o
modelo computacional para as quatro condições de operação para o modelo de Wiebe.
O biodiesel pode proporcionar um balanço de emissões no processo de plantação,
que captura carbono da atmosfera aprisionando parte do que libera a posteriori na queima.
Outrossim, seu uso ou mistura adequada também pode proporcionar maior pressão interna
no cilindro no processo de combustão. Foi encontrado nas simulações de NOx que há
elevação nas emissões em ambos os modelos.
O biodiesel tem maior viscosidade, mas menor compressibilidade em comparação
ao diesel.
Nesta simulação, os atrasos de ignição (ID) entre o início da injeção (SOI) e o
início da combustão (SOC) são consistentemente mais curtos chegando a uma variação
de 4ä do ângulo de manivela a 100% de carga entre o biodiesel e o diesel. Ou seja, ao
elevar o teor de biodiesel na mistura o ID fica mais curto. O principal motivo da
diminuição do ID do biodiesel é a sua compressibilidade inferior e maior viscosidade.
Concluiu-se neste modelo que a combustão do biodiesel puro (B100D0) neste
motor resulta uma pressão de pico no cilindro mais alta do que o diesel, representando,
portanto, a mistura ótima levando em consideração apenas a pressão de pico no cilindro
(PCP). A curva de liberação de energia do diesel e seu PCP é menor do que o biodiesel.
O resultado se assemelha à publicação de SAHOO (2009), conforme as tabelas 5.12 e
5.13. Logo, a presente análise revela que o biodiesel é bastante adequado como uma
alternativa ao diesel neste sentido.
66
7 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS
Maior investigação e pesquisa se fazem necessárias para as propriedades do
combustível, teste de longa duração e análise de desgaste dos componentes alimentados
pelo biodiesel.
Estudos de avaliação experimental com equipamentos de medição com precisão
têm como característica a confiabilidade acadêmica que agrega a qualquer trabalho. Neste
sentido sugere-se a implementação de teste em bancada com o mesmo motor MAN
Innovator 4C alimentado com as misturas B10D90 e B20D80 para melhor avaliação e
possível prova do efeito do tempo de injeção, atraso de ignição, tempo de início e duração
da combustão para uma mais significativa análise do biodiesel de soja em motores a
diesel.
Com relação às emissões, um estudo experimental das misturas, bem como do
biodiesel puro, corroboraria ou enriqueceria as constantes que foram empregadas como
padrão, mas que podem variar. Principalmente os parâmetros yQ�p, y� e y�. Outros
parâmetros a revisar seriam Á¼¯¾µk e o Á¼Ë¶ik.
O experimento também contribuiría para a avaliação do combustível biodiesel no
que diz respeito à redução da emissão de gases, como óxidos de carbono, hidrocarbonetos
não queimados e aumento das emissões de óxidos de nitrogênio prováveis que na
literatura são atribuídos ao menor atraso de ignição e avanço de injeção, em comparação
ao óleo diesel de petróleo.
Portanto como sugestão para trabalhos futuros segue:
• Teste experimental da combustão, considerando o atraso de ignição como função
dos combustíveis;
• Simulação utilizando o modelo de combustão de duas zonas de Wiebe;
• Investigar experimentalmente emissões em função das misturas;
• Validação das curvas de pressão simuladas para as diferentes misturas.
67
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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74
9 ANEXOS
9.1 ANEXO I: DADOS RESULTADOS MEDIÇÃO X SIMULAÇÃO WIEBE
DIESEL POR CARGA ç`çèbéê`äb
25% 50% 75% 100% ê`äb Med Sim ê`äb Med Sim ê`äb Med Sim ê`äb Med Sim -
59 3,09E+05
2,30E+05
-
57 4,38E+05
3,58E+05
-
59 6,16E+05
4,93E+05
-
54 7,96E+05
6,58E+05
-57
3,28E+05
2,45E+05
-
55 4,66E+05
3,81E+05
-
57 6,55E+05
5,24E+05
-
52 8,46E+05
7,00E+05
-55
3,50E+05
2,61E+05
-
53 4,97E+05
4,06E+05
-
55 6,98E+05
5,59E+05
-
50 9,01E+05
7,47E+05
-53
3,74E+05
2,80E+05
-
51 5,30E+05
4,35E+05
-
53 7,46E+05
5,98E+05
-
48 9,62E+05
7,99E+05
-51
4,01E+05
3,00E+05
-
49 5,69E+05
4,67E+05
-
51 7,99E+05
6,43E+05
-
46 1,03E+06
8,59E+05
-49
4,32E+05
3,24E+05
-
47 6,12E+05
5,04E+05
-
49 8,59E+05
6,93E+05
-
44 1,11E+06
9,26E+05
-47
4,65E+05
3,51E+05
-
45 6,60E+05
5,46E+05
-
47 9,28E+05
7,50E+05
-
42 1,20E+06
1,00E+06
-45
5,04E+05
3,81E+05
-
43 7,15E+05
5,93E+05
-
45 1,00E+06
8,16E+05
-
40 1,30E+06
1,09E+06
-43
5,48E+05
4,16E+05
-
41 7,77E+05
6,48E+05
-
43 1,09E+06
8,91E+05
-
38 1,41E+06
1,19E+06
-41
5,99E+05
4,57E+05
-
39 8,48E+05
7,11E+05
-
41 1,19E+06
9,77E+05
-
36 1,54E+06
1,31E+06
-39
6,57E+05
5,03E+05
-
37 9,29E+05
7,83E+05
-
39 1,30E+06
1,08E+06
-
34 1,68E+06
1,44E+06
-37
7,23E+05
5,58E+05
-
35 1,02E+06
8,67E+05
-
37 1,44E+06
1,19E+06
-
32 1,85E+06
1,59E+06
-35
7,99E+05
6,20E+05
-
33 1,13E+06
9,65E+05
-
35 1,58E+06
1,33E+06
-
30 2,05E+06
1,77E+06
-33
8,87E+05
6,94E+05
-
31 1,25E+06
1,08E+06
-
33 1,76E+06
1,48E+06
-
28 2,27E+06
1,98E+06
-31
9,88E+05
7,80E+05
-
29 1,40E+06
1,21E+06
-
31 1,96E+06
1,67E+06
-
26 2,53E+06
2,23E+06
-29
1,11E+06
8,81E+05
-
27 1,56E+06
1,37E+06
-
29 2,19E+06
1,89E+06
-
24 2,84E+06
2,52E+06
-27
1,24E+06
1,00E+06
-
25 1,76E+06
1,56E+06
-
27 2,47E+06
2,14E+06
-
22 3,19E+06
2,86E+06
-25
1,40E+06
1,14E+06
-
23 1,98E+06
1,77E+06
-
25 2,79E+06
2,43E+06
-
20 3,60E+06
3,25E+06
-23
1,59E+06
1,30E+06
-
21 2,25E+06
2,02E+06
-
23 3,16E+06
2,78E+06
-
18 4,09E+06
3,72E+06
-21
1,80E+06
1,49E+06
-
19 2,56E+06
2,32E+06
-
21 3,59E+06
3,19E+06
-
16 4,65E+06
4,26E+06
-19
2,05E+06
1,72E+06
-
17 2,91E+06
2,67E+06
-
19 4,09E+06
3,67E+06
-
14 5,30E+06
4,90E+06
75
-17
2,33E+06
1,97E+06
-
15 3,32E+06
3,07E+06
-
17 4,67E+06
4,22E+06
-
12 6,05E+06
5,64E+06
-15
2,65E+06
2,27E+06
-
13 3,78E+06
3,53E+06
-
15 5,33E+06
4,85E+06
-
10 6,91E+06
6,48E+06
-13
3,00E+06
2,60E+06
-
11 4,29E+06
4,04E+06
-
13 6,05E+06
5,55E+06
-8
7,85E+06
7,42E+06
-11
3,39E+06
2,95E+06
-9 4,85E+06
4,58E+06
-
11 6,84E+06
6,30E+06
-6
8,88E+06
8,42E+06
-9 3,79E+06
3,30E+06
-7 5,43E+06
5,13E+06
-9 7,66E+06
7,05E+06
-4
9,96E+06
9,42E+06
-7 4,19E+06
3,62E+06
-5 6,01E+06
5,64E+06
-7 8,48E+06
7,75E+06
-2
1,10E+07
9,96E+06
-5 4,56E+06
4,09E+06
-3 6,54E+06
6,06E+06
-5 9,22E+06
8,33E+06
0
1,20E+07
1,03E+07
-3 4,86E+06
4,67E+06
-1 6,97E+06
6,61E+06
-3 9,85E+06
9,09E+06
2
1,28E+07
1,07E+07
-1 5,05E+06
4,79E+06
1 7,25E+06
6,88E+06
-1 1,03E+07
9,37E+06
4
1,34E+07
1,27E+07
1 5,11E+06
5,43E+06
3 7,54E+06
7,79E+06
1 1,07E+07
9,60E+06
6
1,39E+07
1,37E+07
3 6,16E+06
6,06E+06
5 8,41E+06
8,69E+06
3 1,13E+07
1,07E+07
8
1,45E+07
1,47E+07
5 6,64E+06
6,58E+06
7 8,93E+06
9,44E+06
5 1,18E+07
1,16E+07
10
1,51E+07
1,52E+07
7 7,01E+06
6,93E+06
9 9,61E+06
9,94E+06
7 1,24E+07
1,22E+07
12
1,55E+07
1,52E+07
9 7,10E+06
7,16E+06
11 1,01E+07
1,02E+07
9 1,29E+07
1,32E+07
14
1,58E+07
1,56E+07
11 6,87E+06
7,07E+06
13 1,00E+07
1,01E+07
11 1,31E+07
1,33E+07
16
1,59E+07
1,55E+07
13 6,44E+06
6,76E+06
15 9,55E+06
9,89E+06
13 1,28E+07
1,30E+07
18
1,56E+07
1,52E+07
15 5,90E+06
6,28E+06
17 8,94E+06
9,30E+06
15 1,22E+07
1,24E+07
20
1,49E+07
1,45E+07
17 5,37E+06
5,80E+06
19 8,18E+06
8,69E+06
17 1,13E+07
1,17E+07
22
1,41E+07
1,37E+07
19 4,85E+06
5,12E+06
21 7,40E+06
7,95E+06
19 1,04E+07
1,09E+07
24
1,30E+07
1,28E+07
21 4,31E+06
4,44E+06
23 6,64E+06
7,28E+06
21 9,39E+06
1,01E+07
26
1,19E+07
1,18E+07
23 3,84E+06
3,87E+06
25 5,96E+06
6,02E+06
23 8,47E+06
8,27E+06
28
1,08E+07
1,09E+07
25 3,44E+06
3,50E+06
27 5,32E+06
5,51E+06
25 7,59E+06
7,57E+06
30
9,76E+06
9,94E+06
27 3,08E+06
3,16E+06
29 4,76E+06
5,02E+06
27 6,83E+06
6,91E+06
32
8,81E+06
9,07E+06
29 2,76E+06
2,88E+06
31 4,28E+06
4,58E+06
29 6,15E+06
6,30E+06
34
7,94E+06
8,27E+06
76
31 2,48E+06
2,60E+06
33 3,86E+06
4,18E+06
31 5,52E+06
5,74E+06
36
7,18E+06
7,54E+06
33 2,23E+06
2,34E+06
35 3,48E+06
3,81E+06
33 4,99E+06
4,66E+06
38
6,49E+06
6,89E+06
35 2,02E+06
2,14E+06
37 3,16E+06
3,49E+06
35 4,53E+06
4,26E+06
40
5,88E+06
6,30E+06
37 1,83E+06
1,94E+06
39 2,87E+06
3,20E+06
37 4,12E+06
3,91E+06
42
5,35E+06
5,77E+06
39 1,67E+06
1,77E+06
41 2,61E+06
2,94E+06
39 3,75E+06
3,59E+06
44
4,88E+06
5,31E+06
41 1,52E+06
1,61E+06
43 2,39E+06
2,71E+06
41 3,43E+06
3,31E+06
46
4,47E+06
4,41E+06
43 1,39E+06
1,47E+06
45 2,19E+06
2,51E+06
43 3,14E+06
3,07E+06
48
4,10E+06
4,08E+06
45 1,28E+06
1,35E+06
47 2,02E+06
2,33E+06
45 2,90E+06
2,85E+06
50
3,78E+06
3,79E+06
47 1,18E+06
1,26E+06
49 1,86E+06
2,17E+06
47 2,67E+06
2,65E+06
52
3,49E+06
3,53E+06
49 1,10E+06
1,17E+06
51 1,72E+06
2,03E+06
49 2,48E+06
2,48E+06
54
3,23E+06
3,29E+06
51 1,02E+06
1,10E+06
53 1,60E+06
1,90E+06
51 2,30E+06
2,32E+06
56
3,01E+06
3,09E+06
53 9,50E+05
1,03E+06
55 1,50E+06
1,79E+06
53 2,15E+06
2,18E+06
58
2,80E+06
2,90E+06
55 8,88E+05
9,75E+05
57 1,40E+06
1,68E+06
55 2,01E+06
2,06E+06
60
2,62E+06
2,74E+06
57 8,33E+05
9,22E+05
59 1,32E+06
1,59E+06
57 1,89E+06
1,95E+06
62
2,46E+06
2,59E+06
59 7,83E+05
8,75E+05
61 1,24E+06
1,51E+06
59 1,78E+06
1,85E+06
64
2,32E+06
2,46E+06
61 7,38E+05
8,32E+05
63 1,17E+06
1,44E+06
61 1,68E+06
1,76E+06
66
2,19E+06
2,34E+06
63 6,98E+05
7,93E+05
65 1,11E+06
1,37E+06
63 1,59E+06
1,67E+06
68
2,07E+06
2,23E+06
65 6,61E+05
7,58E+05
67 1,05E+06
1,31E+06
65 1,51E+06
1,60E+06
70
1,97E+06
2,13E+06
67 6,28E+05
7,27E+05
69 1,00E+06
1,26E+06
67 1,43E+06
1,53E+06
72
1,87E+06
2,04E+06
69 5,97E+05
6,98E+05
71 9,55E+05
1,21E+06
69 1,37E+06
1,47E+06
74
1,78E+06
1,96E+06
71 5,71E+05
6,71E+05
73 9,12E+05
1,16E+06
71 1,31E+06
1,42E+06
76
1,71E+06
1,88E+06
73 5,47E+05
6,48E+05
75 8,74E+05
1,12E+06
73 1,25E+06
1,37E+06
78
1,63E+06
1,82E+06
75 5,26E+05
6,26E+05
77 8,39E+05
1,08E+06
75 1,20E+06
1,32E+06
80
1,57E+06
1,76E+06
77 5,06E+05
6,06E+05
79 8,07E+05
1,05E+06
77 1,16E+06
1,28E+06
82
1,51E+06
1,70E+06
77
79 4,87E+05
5,88E+05
81 7,77E+05
1,02E+06
79 1,11E+06
1,24E+06
84
1,45E+06
1,65E+06
81 4,69E+05
5,71E+05
83 7,49E+05
9,87E+05
81 1,07E+06
1,21E+06
86
1,40E+06
1,60E+06
83 4,53E+05
5,56E+05
85 7,24E+05
9,61E+05
83 1,04E+06
1,17E+06
88
1,36E+06
1,56E+06
85 4,38E+05
5,42E+05
87 7,02E+05
9,36E+05
85 1,01E+06
1,14E+06
90
1,31E+06
1,52E+06
87 4,25E+05
5,28E+05
89 6,81E+05
9,12E+05
87 9,77E+05
1,11E+06
92
1,28E+06
1,48E+06
89 4,14E+05
5,14E+05
91 6,62E+05
8,88E+05
89 9,49E+05
1,09E+06
94
1,24E+06
1,44E+06
91 4,04E+05
5,00E+05
93 6,45E+05
8,64E+05
91 9,25E+05
1,06E+06
96
1,21E+06
1,40E+06
93 3,94E+05
4,86E+05
95 6,30E+05
8,39E+05
93 9,03E+05
1,03E+06
98
1,18E+06
1,36E+06
95 3,84E+05
4,71E+05
97 6,16E+05
8,14E+05
95 8,82E+05
9,95E+05
10
0 1,15E+06
1,32E+06
78
9.2 ANEXO II: DADOS RESULTADOS MEDIÇÃO X SIMULAÇÃO FRACTAL
DIESEL POR CARGA ç`çèbéê`äb
25% 50% 75% 100% ê`äb Med Sim ê`äb Med Sim ê`äb Med Sim ê`äb Med Sim
-59 3,09E+
05
2,31E+
05 -57
4,38E+
05
3,60E+
05 -59
6,16E+
05
4,95E+
05
-54
7,96E+
05
6,61E+
05
-57 3,28E+
05
2,53E+
05 -55
4,66E+
05
3,94E+
05 -57
6,55E+
05
5,41E+
05
-52
8,46E+
05
7,23E+
05
-55 3,50E+
05
2,64E+
05 -53
4,97E+
05
4,11E+
05 -55
6,98E+
05
5,65E+
05
-50
9,01E+
05
7,55E+
05
-53 3,74E+
05
2,90E+
05 -51
5,30E+
05
4,51E+
05 -53
7,46E+
05
6,20E+
05
-48
9,62E+
05
8,28E+
05
-51 4,01E+
05
3,03E+
05 -49
5,69E+
05
4,71E+
05 -51
7,99E+
05
6,48E+
05
-46
1,03E+
06
8,65E+
05
-49 4,32E+
05
3,36E+
05 -47
6,12E+
05
5,23E+
05 -49
8,59E+
05
7,19E+
05
-44
1,11E+
06
9,60E+
05
-47 4,65E+
05
3,55E+
05 -45
6,60E+
05
5,52E+
05 -47
9,28E+
05
7,59E+
05
-42
1,20E+
06
1,01E+
06
-45 5,04E+
05
3,93E+
05 -43
7,15E+
05
6,12E+
05 -45
1,00E+
06
8,41E+
05
-40
1,30E+
06
1,12E+
06
-43 5,48E+
05
4,19E+
05 -41
7,77E+
05
6,52E+
05 -43
1,09E+
06
8,97E+
05
-38
1,41E+
06
1,20E+
06
-41 5,99E+
05
4,75E+
05 -39
8,48E+
05
7,39E+
05 -41
1,19E+
06
1,02E+
06
-36
1,54E+
06
1,36E+
06
-39 6,57E+
05
5,04E+
05 -37
9,29E+
05
7,84E+
05 -39
1,30E+
06
1,08E+
06
-34
1,68E+
06
1,44E+
06
-37 7,23E+
05
5,69E+
05 -35
1,02E+
06
8,86E+
05 -37
1,44E+
06
1,22E+
06
-32
1,85E+
06
1,63E+
06
-35 7,99E+
05
6,20E+
05 -33
1,13E+
06
9,65E+
05 -35
1,58E+
06
1,33E+
06
-30
2,05E+
06
1,77E+
06
-33 8,87E+
05
7,19E+
05 -31
1,25E+
06
1,12E+
06 -33
1,76E+
06
1,54E+
06
-28
2,27E+
06
2,05E+
06
-31 9,88E+
05
7,88E+
05 -29
1,40E+
06
1,23E+
06 -31
1,96E+
06
1,69E+
06
-26
2,53E+
06
2,25E+
06
-29 1,11E+
06
9,07E+
05 -27
1,56E+
06
1,41E+
06 -29
2,19E+
06
1,94E+
06
-24
2,84E+
06
2,59E+
06
-27 1,24E+
06
1,01E+
06 -25
1,76E+
06
1,57E+
06 -27
2,47E+
06
2,16E+
06
-22
3,19E+
06
2,89E+
06
-25 1,40E+
06
1,17E+
06 -23
1,98E+
06
1,83E+
06 -25
2,79E+
06
2,51E+
06
-20
3,60E+
06
3,36E+
06
-23 1,59E+
06
1,30E+
06 -21
2,25E+
06
2,03E+
06 -23
3,16E+
06
2,79E+
06
-18
4,09E+
06
3,73E+
06
-21 1,80E+
06
1,54E+
06 -19
2,56E+
06
2,40E+
06 -21
3,59E+
06
3,30E+
06
-16
4,65E+
06
4,41E+
06
-19 2,05E+
06
1,69E+
06 -17
2,91E+
06
2,63E+
06 -19
4,09E+
06
3,61E+
06
-14
5,30E+
06
4,82E+
06
-17 2,33E+
06
2,02E+
06 -15
3,32E+
06
3,14E+
06 -17
4,67E+
06
4,32E+
06
-12
6,05E+
06
5,77E+
06
79
-15 2,65E+
06
2,25E+
06 -13
3,78E+
06
3,50E+
06 -15
5,33E+
06
4,82E+
06
-10
6,91E+
06
6,44E+
06
-13 3,00E+
06
2,63E+
06 -11
4,29E+
06
4,10E+
06 -13
6,05E+
06
5,64E+
06
-8
7,85E+
06
7,53E+
06
-11 3,39E+
06
2,89E+
06 -9
4,85E+
06
4,50E+
06 -11
6,84E+
06
6,19E+
06
-6
8,88E+
06
8,27E+
06
-9 3,79E+
06
3,36E+
06 -7
5,43E+
06
5,22E+
06 -9
7,66E+
06
7,18E+
06
-4
9,96E+
06
9,59E+
06
-7 4,19E+
06
3,58E+
06 -5
6,01E+
06
5,57E+
06 -7
8,48E+
06
7,67E+
06
-2
1,10E+
07
1,01E+
07
-5 4,56E+
06
4,14E+
06 -3
6,54E+
06
6,13E+
06 -5
9,22E+
06
8,43E+
06
0
1,20E+
07
1,09E+
07
-3 4,86E+
06
4,62E+
06 -1
6,97E+
06
6,54E+
06 -3
9,85E+
06
8,99E+
06
2
1,28E+
07
1,17E+
07
-1 5,05E+
06
4,93E+
06 1
7,25E+
06
7,08E+
06 -1
1,03E+
07
9,64E+
06
4
1,34E+
07
1,30E+
07
1 5,11E+
06
5,42E+
06 3
7,54E+
06
7,78E+
06 1
1,07E+
07
1,02E+
07
6
1,39E+
07
1,45E+
07
3 6,16E+
06
6,19E+
06 5
8,41E+
06
8,88E+
06 3
1,13E+
07
1,09E+
07
8
1,45E+
07
1,50E+
07
5 6,64E+
06
6,53E+
06 7
8,93E+
06
9,36E+
06 5
1,18E+
07
1,15E+
07
10
1,51E+
07
1,52E+
07
7 7,01E+
06
7,03E+
06 9
9,61E+
06
1,01E+
07 7
1,24E+
07
1,24E+
07
12
1,55E+
07
1,55E+
07
9 7,10E+
06
7,08E+
06 11
1,01E+
07
1,01E+
07 9
1,29E+
07
1,30E+
07
14
1,58E+
07
1,56E+
07
11 6,87E+
06
7,03E+
06 13
1,00E+
07
1,01E+
07 11
1,31E+
07
1,32E+
07
16
1,59E+
07
1,55E+
07
13 6,44E+
06
6,71E+
06 15
9,55E+
06
9,82E+
06 13
1,28E+
07
1,29E+
07
18
1,56E+
07
1,51E+
07
15 5,90E+
06
6,35E+
06 17
8,94E+
06
9,40E+
06 15
1,22E+
07
1,26E+
07
20
1,49E+
07
1,47E+
07
17 5,37E+
06
5,78E+
06 19
8,18E+
06
8,66E+
06 17
1,13E+
07
1,17E+
07
22
1,41E+
07
1,37E+
07
19 4,85E+
06
5,20E+
06 21
7,40E+
06
8,08E+
06 19
1,04E+
07
1,11E+
07
24
1,30E+
07
1,30E+
07
21 4,31E+
06
4,47E+
06 23
6,64E+
06
7,32E+
06 21
9,39E+
06
1,02E+
07
26
1,19E+
07
1,19E+
07
23 3,84E+
06
3,93E+
06 25
5,96E+
06
6,11E+
06 23
8,47E+
06
8,40E+
06
28
1,08E+
07
1,10E+
07
25 3,44E+
06
3,52E+
06 27
5,32E+
06
5,54E+
06 25
7,59E+
06
7,62E+
06
30
9,76E+
06
1,00E+
07
27 3,08E+
06
3,20E+
06 29
4,76E+
06
5,09E+
06 27
6,83E+
06
7,00E+
06
32
8,81E+
06
9,19E+
06
29 2,76E+
06
2,87E+
06 31
4,28E+
06
4,57E+
06 29
6,15E+
06
6,29E+
06
34
7,94E+
06
8,25E+
06
31 2,48E+
06
2,64E+
06 33
3,86E+
06
4,25E+
06 31
5,52E+
06
5,85E+
06
36
7,18E+
06
7,68E+
06
33 2,23E+
06
2,37E+
06 35
3,48E+
06
3,85E+
06 33
4,99E+
06
4,71E+
06
38
6,49E+
06
6,95E+
06
80
35 2,02E+
06
2,20E+
06 37
3,16E+
06
3,59E+
06 35
4,53E+
06
4,38E+
06
40
5,88E+
06
6,48E+
06
37 1,83E+
06
1,93E+
06 39
2,87E+
06
3,18E+
06 37
4,12E+
06
3,88E+
06
42
5,35E+
06
5,74E+
06
39 1,67E+
06
1,80E+
06 41
2,61E+
06
3,00E+
06 39
3,75E+
06
3,67E+
06
44
4,88E+
06
4,83E+
06
41 1,52E+
06
1,60E+
06 43
2,39E+
06
2,69E+
06 41
3,43E+
06
3,28E+
06
46
4,47E+
06
4,37E+
06
43 1,39E+
06
1,50E+
06 45
2,19E+
06
2,56E+
06 43
3,14E+
06
3,13E+
06
48
4,10E+
06
4,16E+
06
45 1,28E+
06
1,34E+
06 47
2,02E+
06
2,31E+
06 45
2,90E+
06
2,83E+
06
50
3,78E+
06
3,76E+
06
47 1,18E+
06
1,29E+
06 49
1,86E+
06
2,23E+
06 47
2,67E+
06
2,73E+
06
52
3,49E+
06
3,63E+
06
49 1,10E+
06
1,17E+
06 51
1,72E+
06
2,02E+
06 49
2,48E+
06
2,47E+
06
54
3,23E+
06
3,28E+
06
51 1,02E+
06
1,12E+
06 53
1,60E+
06
1,93E+
06 51
2,30E+
06
2,36E+
06
56
3,01E+
06
3,14E+
06
53 9,50E+
05
1,04E+
06 55
1,50E+
06
1,79E+
06 53
2,15E+
06
2,19E+
06
58
2,80E+
06
2,91E+
06
55 8,88E+
05
1,00E+
06 57
1,40E+
06
1,73E+
06 55
2,01E+
06
2,11E+
06
60
2,62E+
06
2,81E+
06
57 8,33E+
05
9,27E+
05 59
1,32E+
06
1,60E+
06 57
1,89E+
06
1,96E+
06
62
2,46E+
06
2,60E+
06
59 7,83E+
05
8,88E+
05 61
1,24E+
06
1,53E+
06 59
1,78E+
06
1,87E+
06
64
2,32E+
06
2,49E+
06
61 7,38E+
05
8,29E+
05 63
1,17E+
06
1,43E+
06 61
1,68E+
06
1,75E+
06
66
2,19E+
06
2,33E+
06
63 6,98E+
05
8,11E+
05 65
1,11E+
06
1,40E+
06 63
1,59E+
06
1,71E+
06
68
2,07E+
06
2,28E+
06
65 6,61E+
05
7,62E+
05 67
1,05E+
06
1,32E+
06 65
1,51E+
06
1,61E+
06
70
1,97E+
06
2,14E+
06
67 6,28E+
05
7,35E+
05 69
1,00E+
06
1,27E+
06 67
1,43E+
06
1,55E+
06
72
1,87E+
06
2,06E+
06
69 5,97E+
05
7,01E+
05 71
9,55E+
05
1,21E+
06 69
1,37E+
06
1,48E+
06
74
1,78E+
06
1,97E+
06
71 5,71E+
05
6,85E+
05 73
9,12E+
05
1,18E+
06 71
1,31E+
06
1,45E+
06
76
1,71E+
06
1,92E+
06
73 5,47E+
05
6,45E+
05 75
8,74E+
05
1,11E+
06 73
1,25E+
06
1,36E+
06
78
1,63E+
06
1,81E+
06
75 5,26E+
05
6,44E+
05 77
8,39E+
05
1,11E+
06 75
1,20E+
06
1,36E+
06
80
1,57E+
06
1,81E+
06
77 5,06E+
05
6,03E+
05 79
8,07E+
05
1,04E+
06 77
1,16E+
06
1,27E+
06
82
1,51E+
06
1,69E+
06
79 4,87E+
05
6,04E+
05 81
7,77E+
05
1,04E+
06 79
1,11E+
06
1,28E+
06
84
1,45E+
06
1,70E+
06
81 4,69E+
05
5,69E+
05 83
7,49E+
05
9,82E+
05 81
1,07E+
06
1,20E+
06
86
1,40E+
06
1,60E+
06
83 4,53E+
05
5,73E+
05 85
7,24E+
05
9,89E+
05 83
1,04E+
06
1,21E+
06
88
1,36E+
06
1,61E+
06
81
85 4,38E+
05
5,46E+
05 87
7,02E+
05
9,42E+
05 85
1,01E+
06
1,15E+
06
90
1,31E+
06
1,53E+
06
87 4,25E+
05
5,37E+
05 89
6,81E+
05
9,27E+
05 87
9,77E+
05
1,13E+
06
92
1,28E+
06
1,51E+
06
89 4,14E+
05
5,18E+
05 91
6,62E+
05
8,95E+
05 89
9,49E+
05
1,09E+
06
94
1,24E+
06
1,45E+
06
91 4,04E+
05
5,07E+
05 93
6,45E+
05
8,76E+
05 91
9,25E+
05
1,07E+
06
96
1,21E+
06
1,42E+
06
93 3,94E+
05
4,87E+
05 95
6,30E+
05
8,41E+
05 93
9,03E+
05
1,03E+
06
98
1,18E+
06
1,37E+
06
95 3,84E+
05
4,77E+
05 97
6,16E+
05
8,25E+
05 95
8,82E+
05
1,01E+
06
10
0
1,15E+
06
1,34E+
06
82
9.3 ANEXO III: DADOS RESULTADOS SIMULAÇÃO BIODIESEL (B100D0)
POR CARGA ç`çèbéê`äb. B100D0 ê`äb 25% 50% 75% 100%
-61 3,17E+05 4,54E+05 5,97E+05 7,91E+05 -59 3,28E+05 4,70E+05 6,20E+05 8,24E+05 -57 3,58E+05 5,16E+05 6,69E+05 8,87E+05 -55 3,83E+05 5,53E+05 7,17E+05 9,51E+05 -53 4,11E+05 5,89E+05 7,63E+05 1,02E+06 -51 4,43E+05 6,30E+05 8,20E+05 1,09E+06 -49 4,77E+05 6,86E+05 8,83E+05 1,18E+06 -47 5,14E+05 7,38E+05 9,48E+05 1,26E+06 -45 5,54E+05 7,98E+05 1,03E+06 1,37E+06 -43 6,02E+05 8,72E+05 1,10E+06 1,49E+06 -41 6,63E+05 9,50E+05 1,20E+06 1,63E+06 -39 7,34E+05 1,05E+06 1,32E+06 1,79E+06 -37 8,05E+05 1,17E+06 1,46E+06 1,97E+06 -35 8,98E+05 1,29E+06 1,60E+06 2,16E+06 -33 9,94E+05 1,43E+06 1,78E+06 2,39E+06 -31 1,11E+06 1,60E+06 1,97E+06 2,68E+06 -29 1,24E+06 1,79E+06 2,20E+06 2,99E+06 -27 1,39E+06 2,03E+06 2,45E+06 3,36E+06 -25 1,59E+06 2,29E+06 2,77E+06 3,80E+06 -23 1,80E+06 2,60E+06 3,16E+06 4,33E+06 -21 2,07E+06 2,98E+06 3,59E+06 4,94E+06 -19 2,33E+06 3,42E+06 4,13E+06 5,66E+06 -17 2,66E+06 3,88E+06 4,67E+06 6,41E+06 -15 3,03E+06 4,43E+06 5,35E+06 7,35E+06 -13 3,42E+06 4,99E+06 6,09E+06 8,37E+06 -11 3,85E+06 5,61E+06 6,88E+06 9,51E+06 -9 4,31E+06 6,24E+06 7,77E+06 1,06E+07 -7 4,70E+06 6,87E+06 8,71E+06 1,18E+07 -5 5,05E+06 7,34E+06 9,51E+06 1,29E+07 -3 5,55E+06 7,74E+06 1,03E+07 1,38E+07 -1 5,68E+06 7,94E+06 1,09E+07 1,44E+07 1 6,03E+06 8,87E+06 1,12E+07 1,50E+07 3 7,08E+06 9,49E+06 1,19E+07 1,56E+07 5 7,39E+06 1,03E+07 1,25E+07 1,62E+07 7 7,65E+06 1,08E+07 1,30E+07 1,68E+07 9 7,43E+06 1,09E+07 1,38E+07 1,70E+07 11 7,18E+06 1,04E+07 1,40E+07 1,70E+07 13 6,68E+06 9,87E+06 1,40E+07 1,67E+07 15 6,06E+06 9,05E+06 1,35E+07 1,61E+07 17 5,42E+06 8,13E+06 1,25E+07 1,51E+07
83
19 4,82E+06 7,27E+06 1,16E+07 1,38E+07 21 4,33E+06 6,53E+06 1,05E+07 1,27E+07 23 3,86E+06 5,87E+06 9,47E+06 1,15E+07 25 3,44E+06 5,23E+06 8,49E+06 1,05E+07 27 3,07E+06 4,68E+06 7,66E+06 9,44E+06 29 2,76E+06 4,23E+06 6,87E+06 8,47E+06 31 2,48E+06 3,81E+06 6,19E+06 7,68E+06 33 2,24E+06 3,48E+06 5,58E+06 6,95E+06 35 2,01E+06 3,11E+06 5,01E+06 6,26E+06 37 1,84E+06 2,86E+06 4,52E+06 5,68E+06 39 1,68E+06 2,61E+06 4,13E+06 5,16E+06 41 1,54E+06 2,38E+06 3,78E+06 4,73E+06 43 1,41E+06 2,19E+06 3,47E+06 4,38E+06 45 1,30E+06 2,02E+06 3,18E+06 3,99E+06 47 1,21E+06 1,88E+06 2,94E+06 3,70E+06 49 1,12E+06 1,74E+06 2,74E+06 3,43E+06 51 1,04E+06 1,62E+06 2,52E+06 3,17E+06 53 9,69E+05 1,51E+06 2,35E+06 2,96E+06 55 9,10E+05 1,42E+06 2,20E+06 2,77E+06 57 8,54E+05 1,33E+06 2,06E+06 2,62E+06 59 8,05E+05 1,26E+06 1,94E+06 2,45E+06 61 7,59E+05 1,20E+06 1,83E+06 2,32E+06 63 7,22E+05 1,13E+06 1,73E+06 2,20E+06 65 6,83E+05 1,08E+06 1,65E+06 2,08E+06 67 6,48E+05 1,03E+06 1,56E+06 1,98E+06 69 6,23E+05 9,85E+05 1,48E+06 1,89E+06 71 5,93E+05 9,34E+05 1,41E+06 1,82E+06 73 5,70E+05 9,03E+05 1,35E+06 1,74E+06 75 5,46E+05 8,70E+05 1,30E+06 1,66E+06 77 5,29E+05 8,40E+05 1,25E+06 1,61E+06 79 5,06E+05 8,10E+05 1,21E+06 1,54E+06 81 4,91E+05 7,76E+05 1,16E+06 1,49E+06 83 4,73E+05 7,54E+05 1,13E+06 1,44E+06 85 4,60E+05 7,34E+05 1,09E+06 1,40E+06 87 4,49E+05 7,12E+05 1,05E+06 1,36E+06 89 4,37E+05 6,94E+05 1,02E+06 1,33E+06 91 4,25E+05 6,80E+05 1,01E+06 1,30E+06
84
9.4 ANEXO IV: DADOS RESULTADOS SIMULAÇÃO BIODIESEL (B10D90)
POR CARGA ç`çèbéê`äb.
B10D90 ê`äb 25% 50% 75% 100% -60 2,79E+05 3,86E+05 5,77E+05 7,42E+05 -58 3,00E+05 4,12E+05 6,21E+05 7,97E+05 -56 3,18E+05 4,36E+05 6,59E+05 8,47E+05 -54 3,38E+05 4,64E+05 7,03E+05 9,01E+05 -52 3,61E+05 4,94E+05 7,50E+05 9,62E+05 -50 3,85E+05 5,28E+05 8,04E+05 1,03E+06 -48 4,16E+05 5,69E+05 8,70E+05 1,12E+06 -46 4,49E+05 6,12E+05 9,40E+05 1,20E+06 -44 4,85E+05 6,59E+05 1,02E+06 1,30E+06 -42 5,26E+05 7,13E+05 1,10E+06 1,42E+06 -40 5,73E+05 7,75E+05 1,21E+06 1,54E+06 -38 6,27E+05 8,45E+05 1,32E+06 1,69E+06 -36 6,88E+05 9,25E+05 1,45E+06 1,86E+06 -34 7,59E+05 1,02E+06 1,60E+06 2,05E+06 -32 8,40E+05 1,12E+06 1,78E+06 2,28E+06 -30 9,42E+05 1,26E+06 2,00E+06 2,56E+06 -28 1,05E+06 1,40E+06 2,25E+06 2,87E+06 -26 1,18E+06 1,57E+06 2,53E+06 3,23E+06 -24 1,33E+06 1,76E+06 2,85E+06 3,65E+06 -22 1,50E+06 1,99E+06 3,24E+06 4,14E+06 -20 1,70E+06 2,25E+06 3,68E+06 4,71E+06 -18 1,93E+06 2,56E+06 4,19E+06 5,37E+06 -16 2,20E+06 2,91E+06 4,79E+06 6,13E+06 -14 2,50E+06 3,32E+06 5,46E+06 6,99E+06 -12 2,87E+06 3,83E+06 6,27E+06 8,04E+06 -10 3,26E+06 4,35E+06 7,07E+06 9,09E+06 -8 3,66E+06 4,91E+06 7,91E+06 1,02E+07 -6 4,07E+06 5,50E+06 8,73E+06 1,13E+07 -4 4,45E+06 6,08E+06 9,47E+06 1,22E+07 -2 4,79E+06 6,62E+06 1,01E+07 1,30E+07 0 5,05E+06 7,06E+06 1,04E+07 1,36E+07 2 5,15E+06 7,35E+06 1,10E+07 1,41E+07 4 5,52E+06 7,64E+06 1,15E+07 1,47E+07 6 6,67E+06 8,54E+06 1,22E+07 1,54E+07 8 6,99E+06 9,10E+06 1,27E+07 1,58E+07 10 7,18E+06 9,81E+06 1,32E+07 1,60E+07 12 7,05E+06 1,02E+07 1,32E+07 1,61E+07 14 6,71E+06 1,01E+07 1,28E+07 1,57E+07 16 6,19E+06 9,65E+06 1,21E+07 1,50E+07
85
18 5,65E+06 9,00E+06 1,12E+07 1,40E+07 20 5,08E+06 8,21E+06 1,02E+07 1,30E+07 22 4,55E+06 7,41E+06 9,25E+06 1,18E+07 24 4,04E+06 6,61E+06 8,25E+06 1,06E+07 26 3,59E+06 5,89E+06 7,40E+06 9,61E+06 28 3,19E+06 5,28E+06 6,64E+06 8,67E+06 30 2,86E+06 4,74E+06 5,99E+06 7,82E+06 32 2,57E+06 4,26E+06 5,40E+06 7,06E+06 34 2,32E+06 3,83E+06 4,87E+06 6,40E+06 36 2,10E+06 3,46E+06 4,42E+06 5,81E+06 38 1,90E+06 3,14E+06 4,02E+06 5,29E+06 40 1,73E+06 2,85E+06 3,67E+06 4,83E+06 42 1,57E+06 2,58E+06 3,34E+06 4,38E+06 44 1,44E+06 2,36E+06 3,07E+06 4,03E+06 46 1,32E+06 2,16E+06 2,83E+06 3,71E+06 48 1,22E+06 2,00E+06 2,62E+06 3,43E+06 50 1,13E+06 1,85E+06 2,43E+06 3,18E+06 52 1,05E+06 1,71E+06 2,26E+06 2,97E+06 54 9,74E+05 1,59E+06 2,11E+06 2,77E+06 56 9,10E+05 1,49E+06 1,98E+06 2,59E+06 58 8,52E+05 1,39E+06 1,86E+06 2,44E+06 60 7,97E+05 1,30E+06 1,74E+06 2,29E+06 62 7,51E+05 1,23E+06 1,65E+06 2,16E+06 64 7,09E+05 1,16E+06 1,56E+06 2,05E+06 66 6,71E+05 1,10E+06 1,49E+06 1,95E+06 68 6,38E+05 1,04E+06 1,41E+06 1,85E+06 70 6,08E+05 9,93E+05 1,35E+06 1,77E+06 72 5,82E+05 9,48E+05 1,29E+06 1,69E+06 74 5,57E+05 9,06E+05 1,24E+06 1,62E+06 76 5,35E+05 8,69E+05 1,19E+06 1,56E+06 78 5,13E+05 8,32E+05 1,14E+06 1,49E+06 80 4,93E+05 8,01E+05 1,10E+06 1,44E+06 82 4,75E+05 7,74E+05 1,06E+06 1,39E+06 84 4,59E+05 7,47E+05 1,03E+06 1,35E+06 86 4,44E+05 7,24E+05 1,00E+06 1,31E+06 88 4,30E+05 7,03E+05 9,71E+05 1,27E+06 90 4,22E+05 6,86E+05 9,50E+05 1,24E+06
86
9.5 ANEXO V: DADOS RESULTADOS SIMULAÇÃO BIODIESEL (B20D80)
POR CARGA ç`çèbéê`äb.
B20D80 ê`äb 25% 50% 75% 100% -60 2,97E+05 4,01E+05 5,05E+05 8,17E+05 -58 3,24E+05 4,35E+05 5,44E+05 8,81E+05 -56 3,45E+05 4,61E+05 5,92E+05 9,43E+05 -54 3,74E+05 4,99E+05 6,41E+05 1,01E+06 -52 4,01E+05 5,40E+05 6,98E+05 1,09E+06 -50 4,30E+05 5,88E+05 7,53E+05 1,17E+06 -48 4,72E+05 6,32E+05 8,12E+05 1,26E+06 -46 5,08E+05 6,81E+05 9,04E+05 1,36E+06 -44 5,62E+05 7,52E+05 9,81E+05 1,48E+06 -42 6,12E+05 8,22E+05 1,09E+06 1,63E+06 -40 6,70E+05 9,01E+05 1,20E+06 1,78E+06 -38 7,50E+05 9,98E+05 1,36E+06 1,97E+06 -36 8,29E+05 1,12E+06 1,51E+06 2,20E+06 -34 9,20E+05 1,25E+06 1,72E+06 2,44E+06 -32 1,03E+06 1,39E+06 1,91E+06 2,72E+06 -30 1,16E+06 1,56E+06 2,14E+06 3,03E+06 -28 1,32E+06 1,79E+06 2,47E+06 3,42E+06 -26 1,50E+06 2,00E+06 2,78E+06 3,91E+06 -24 1,68E+06 2,30E+06 3,22E+06 4,43E+06 -22 1,93E+06 2,61E+06 3,67E+06 5,06E+06 -20 2,19E+06 2,97E+06 4,31E+06 5,73E+06 -18 2,56E+06 3,49E+06 4,97E+06 6,63E+06 -16 2,90E+06 3,93E+06 5,77E+06 7,56E+06 -14 3,30E+06 4,50E+06 6,55E+06 8,55E+06 -12 3,71E+06 5,11E+06 7,34E+06 9,65E+06 -10 4,17E+06 5,74E+06 8,36E+06 1,08E+07 -8 4,59E+06 6,36E+06 9,20E+06 1,18E+07 -6 4,91E+06 6,89E+06 9,93E+06 1,27E+07 -4 5,18E+06 7,33E+06 1,05E+07 1,36E+07 -2 5,32E+06 7,51E+06 1,07E+07 1,41E+07 0 5,48E+06 8,13E+06 1,14E+07 1,49E+07 2 6,82E+06 8,90E+06 1,19E+07 1,57E+07 4 7,00E+06 9,62E+06 1,24E+07 1,59E+07 6 7,33E+06 1,02E+07 1,30E+07 1,63E+07 8 7,26E+06 1,06E+07 1,35E+07 1,63E+07 10 6,99E+06 1,03E+07 1,35E+07 1,63E+07 12 6,47E+06 9,63E+06 1,29E+07 1,60E+07 14 5,99E+06 8,87E+06 1,22E+07 1,51E+07 16 5,39E+06 8,03E+06 1,12E+07 1,40E+07
87
18 4,79E+06 7,13E+06 1,01E+07 1,29E+07 20 4,27E+06 6,38E+06 9,11E+06 1,17E+07 22 3,82E+06 5,75E+06 8,20E+06 1,07E+07 24 3,41E+06 5,08E+06 7,39E+06 9,69E+06 26 3,04E+06 4,55E+06 6,64E+06 8,82E+06 28 2,73E+06 4,10E+06 5,99E+06 8,01E+06 30 2,44E+06 3,66E+06 5,38E+06 7,27E+06 32 2,20E+06 3,29E+06 4,89E+06 6,57E+06 34 1,99E+06 2,96E+06 4,41E+06 6,05E+06 36 1,81E+06 2,65E+06 3,98E+06 5,46E+06 38 1,64E+06 2,42E+06 3,65E+06 5,03E+06 40 1,50E+06 2,21E+06 3,34E+06 4,62E+06 42 1,38E+06 2,03E+06 3,07E+06 4,24E+06 44 1,26E+06 1,84E+06 2,85E+06 3,95E+06 46 1,17E+06 1,71E+06 2,63E+06 3,69E+06 48 1,09E+06 1,59E+06 2,44E+06 3,45E+06 50 1,01E+06 1,47E+06 2,28E+06 3,19E+06 52 9,50E+05 1,38E+06 2,12E+06 3,03E+06 54 8,76E+05 1,28E+06 1,98E+06 2,83E+06 56 8,24E+05 1,19E+06 1,86E+06 2,69E+06 58 7,81E+05 1,12E+06 1,76E+06 2,54E+06 60 7,40E+05 1,05E+06 1,67E+06 2,42E+06 62 7,01E+05 9,94E+05 1,58E+06 2,30E+06 64 6,67E+05 9,42E+05 1,50E+06 2,20E+06 66 6,30E+05 8,88E+05 1,42E+06 2,08E+06 68 6,06E+05 8,46E+05 1,37E+06 2,00E+06 70 5,75E+05 8,05E+05 1,31E+06 1,93E+06 72 5,49E+05 7,73E+05 1,25E+06 1,85E+06 74 5,28E+05 7,40E+05 1,20E+06 1,79E+06 76 5,05E+05 7,00E+05 1,15E+06 1,74E+06 78 4,90E+05 6,76E+05 1,12E+06 1,68E+06 80 4,71E+05 6,53E+05 1,08E+06 1,63E+06 82 4,60E+05 6,29E+05 1,04E+06 1,59E+06 84 4,46E+05 6,09E+05 1,01E+06 1,54E+06 86 4,29E+05 5,86E+05 9,80E+05 1,52E+06 88 4,18E+05 5,72E+05 9,55E+05 1,47E+06 90 4,07E+05 5,52E+05 9,31E+05 1,44E+06