EFICIÊNCIA DA UTILIZAÇÃO DE BIODIESEL DE SOJA NO TRATOR EM CONDIÇÕES DE TRABALHO COM GRADE ARADORA

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1 EFICIÊNCIA DA UTILIZAÇÃO DE BIODIESEL DE SOJA NO TRATOR EM CONDIÇÕES DE TRABALHO COM GRADE ARADORA Introdução 1 Daniel Max Leonídio¹ (UEG) João Paulo Barreto Cunha² (UFLA) Elton Fialho dos Reis³ (UEG) fialhoreis@ueg.br O trator agrícola, com a função de transportar, acionar e tracionar, é a principal fonte de transformação e fornecimento de energia para o sistema de produção agrícola atual. Por esse motivo, existe a necessidade crescente de estudos que visem aumentar o rendimento, minimizar os impactos ambientais e desenvolver combustível alternativo para o funcionamento dessa máquina. O aquecimento global tem sido reconhecido como uma ameaça à economia, a vida humana e ao meio ambiente, o que gerou reações dos governos na busca de soluções alternativas ao petróleo, recurso energético gerador de fontes dos gases de efeito estufa. O aumento da influência do efeito estufa no aquecimento do planeta ocorre em função do acréscimo de emissões de gases poluentes principalmente derivados da queima de combustíveis fósseis (gasolina, diesel, etc), na atmosfera. Estes gases (ozônio, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso e monóxido de carbono) formam uma camada de poluentes de difícil dispersão, potencializando o efeito estufa. Este fenômeno ocorre devido a absorção destes gases da radiação infra-vermelha emitida pela Terra, dificultando a dispersão do calor. A demanda mundial por combustíveis renováveis tem-se expandido rapidamente nos últimos anos, devido à preocupação com a redução do volume de emissões de gases causadores do efeito estufa até 2012, como determina o Protocolo de Kyoto, concebido durante o fórum ambiental Rio-92 e ratificado, desde então, por mais de 93 países, vem tentando mobilizar a comunidade internacional para que promova uma ação conjunta com o objetivo de limitar a interferência antropogênica sobre o sistema climatológico global (Greenpeace International, 2003). Essa demanda é verificada também no Brasil, pela necessidade de diminuir a dependência de derivados de petróleo nas matrizes energéticas nacionais e pelo incentivo a produção dada a pequenos produtores visando a produção de matéria prima destinadas ao biodiesel. A utilização comercial do biodiesel no Brasil está amparada no marco regulatório, lançado em dezembro de 2004 pelo Governo Federal, onde foi autorizada a mistura de 2% de biodiesel ao diesel (B2-2% de biodiesel e 98% de diesel), desde janeiro de 2005, tornando essa mistura obrigatória em 2008, quando será autorizado o uso da mistura de 5% de biodiesel ao diesel (B5). A substituição do óleo diesel por biodiesel ou misturas deste com o diesel é a alternativa mais focada, atualmente, para reduzir os níveis de emissão de poluentes gasosos e de particulados. A principal característica do biodiesel é a significativa porcentagem de massa de oxigênio em sua composição, em torno de 11 %, conforme Muñoz et al. (2004), o que representa menor poder energético, mas contribui para a redução das concentrações de gases poluentes emitidos. De uma forma geral faz-se a necessidade de não somente avaliar as emissões quando utilizado o biodiesel, como também requer um maior conhecimento sobre a eficiência do

2 processo de combustão, dos parâmetros operacionais e a durabilidade do motor e seus componentes. Objetivo O presente trabalho objetivou avaliar a emissão de gases e o desempenho operacional em um motor ciclo Diesel utilizando biodiesel de soja (B100) e óleo diesel convencional (B5) em um conjunto trator/grade aradora realizando a operação de preparo periódico do solo. Metodologia O experimento de campo foi conduzido nas dependências do Aeroporto municipal localizado na Rua Francisco Voalois, S/N, Anápolis GO, coordenadas geográficas de 17º43'19'' latitude Sul e 48º09'35'' longitude Oeste e altitude de 1017 m. O solo da área é classificado como Latossolo Vermelho Amarelo, onde antes da realização do ensaio foi feita a caracterização física, sendo encontrado com 17% de umidade e 1,05MPa de resistência à penetração. Para a realização do ensaio, foi utilizado um trator agrícola da marca New Holland modelo TT4030, com tração dianteira auxiliar, motor ciclo diesel, aspiração natural quatro tempos, sistema de injeção com bomba rotativa, refrigerado a água, com quatro cilindros, com cilindrada total de 3908 cm3, potência nominal segundo a NBR 1585 de 55,1 kw (75 cv), rodados equipados com pneus radiais dianteiros e traseiros. Por se tratar de um mecanismo amplamente utilizado no preparo periódico dos solos de cerrado, Foi utilizada no experimento uma grade de dupla ação, marca Tatu Marchesan, modelo ATCR, 1556 Kg de peso, dotada com 14 discos, largura de corte mínima de 1500 mm, discos de 28 polegadas de diâmetro e 6 mm de espessura. A área experimental foi dividida em 24 parcelas experimentais com uma área de 125 m 2 (50 x 2,5 m), onde o conjunto trator/implemento foi deslocado obtendo as variáveis respostas. Durante os ensaios o trator foi utilizado com a rotação do motor em 2000 rpm, trabalhando com uma velocidade média operacional de 4,1 km.h -1. O óleo diesel utilizado para a realização do ensaio foi obtido na rede de abastecimento local, sendo classificado pela agência nacional de petróleo (ANP) como diesel automotivo interior ou tipo B, sendo o mesmo indicado para o uso em motores ciclo diesel e instalações de aquecimento de pequeno porte. Com relação ao biodiesel utilizou-se o éster etílico de soja, onde o mesmo foi produzido a partir da transesterificação de óleo de soja, e fornecido por uma empresa comercial produtora deste tipo de combustível, localizada no município de Anápolis-GO. Dessa forma, os diferentes percentuais de biodiesel misturados ao diesel nas amostras utilizadas, sendo os valores da mistura expressos em termos de volume. Para a determinação dos gases emitidos pelo motor foi utilizado um monitor ambiental de combustão e de emissão de gases da marca KANE, modelo 940 portátil, acoplado ao sistema de exaustão do trator. O equipamento permitiu a aquisição dos dados e análise simultânea de cinco parâmetros (O2, CO, CO2, NOx, SOx), permitindo verificar a eficiência de combustão do motor, como também, a emissão dos gases poluentes provenientes da utilização das diferentes misturas biodiesel/ óleo diesel propostas. Para a obtenção da força de tração na barra, fez-se o uso de célula de carga da marca Excel, modelo RS-5000, construída em aço de baixa liga, com tratamento térmico e propriedades mecânicas controladas, apresentando formato em S, temperaturas de utilização entre -5 a 60 0C e alimentação recomendada de 6 a 10 Vcc. A capacidade nominal do modelo 2

3 é de 5000 kg, com possibilidade de sobrecarga admissível para atuações esporádicas e eventuais de até 150% da carga nominal. Os valores de força de tração foram obtidos diretamente em quilograma força (kgf) e enviados ao sistema de aquisição de dados. Dessa forma com os valores de força coletados no campo e a velocidade operacional do conjunto mecanizado em cada parcela, foi possível determinar a potência média na barra de tração por meio da equação descrita por SALVADOR(1992). O experimento foi montado em esquema de parcelas subdivididas, em que a parcela foi constituída pelo diesel e pelo biodiesel (B5 e B100), e as subparcelas constituídas de quatro profundidades de atuação da grade aradora (11, 13, 16 e 18,2 cm). O delineamento foi em blocos ao acaso, com três repetições. Os dados obtidos no experimento foram submetidos à análise de variância aplicandose teste F a 5% de probabilidade. Quando significativos, por se tratarem de dados quantitativos, foram analisados por meio de estudo de regressão. Resultados e Discussão O tipo de combustível, quando analisado de forma independente, não provocou efeito significativo nas variáveis descritas, com exceção nas emissões de oxido de enxofre (SO 2 ). A emissão de oxigênio (O 2 ), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx) e dióxido de carbono (CO 2 ) não sofreram interferência significativa das fontes de variação estudadas. A emissão de gases do motor provenientes da queima do biodiesel apresentou efeito significativo de óxidos de enxofre. De acordo com os valores analisados, as emissões foram quase anuladas com a utilização do biodiesel, levando em consideração a média dos resultados obtidos, a utilização do biodiesel puro (B100), levou à redução de 91,43 da emissão dos óxidos de enxofre em ppm, quando comparado com o diesel fóssil (B5). Esta ausência de enxofre confere grande vantagem na utilização do uso de biodiesel em relação ao óleo diesel, reduzindo assim o principal causador de chuvas ácidas, conforme Sousa et al. (2005). De acordo com Baik & Han (2005) o uso de biodiesel pode não somente eliminar as emissões de enxofre, mas permitir sua utilização como aditivo em substituição aos componentes sulfurosos usados atualmente. Isso segundo aos autores deve-se ao fato do biodiesel promover o aumento da lubricidade do óleo diesel. O tipo de combustível quando analisado isoladamente, não provocou efeito significativo nas variáveis descritas. Para a força de tração e o volume mobilizado do trator verificou-se o efeito significativo da profundidade de trabalho da grade aradora. As variáveis não apresentaram efeito significativo quando analisadas para a interação entre a profundidade de trabalho da grade aradora e os diferentes combustíveis utilizados. O consumo horário de combustível e o consumo específico não sofreram interferência significativa das fontes de variação estudadas. A profundidade de trabalho apresentou efeito significativo na força de tração imposta pelo trator e do volume mobilizado imposto pela ação da grade aradora. Observou-se que a força de tração variou com a profundidade de trabalho sendo mais significativa quando exposta à maior profundidade utilizada, detalhe este que pode ser explicado pela interferência da compactação do solo presente na camada mais superficial do solo analisada (11cm), reduzindo nas duas camadas intermediárias analisadas (13 e 16cm), e apresentando valor mais significante quando imposta à camada mais profunda analisada no experimento (18,2cm). 3

4 Houve efeito significativo diferentes profundidades de trabalho da grade aradora no volume mobilizado. O aumento da profundidade de trabalho provocou o aumento do volume mobilizado, sendo esse aumento de 39,64% quando comparado a utilização da menor profundidade de trabalho. Considerações Finais A partir da análise dos dados e nas condições que foram desenvolvidas, conclui-se que: Houve redução na emissão de óxidos de enxofre (SO2) com a utilização de biodiesel, sendo quase anulada com o uso do biodiesel puro (B100). A força de tração variou com a profundidade de trabalho sendo mais significativa quando exposta à maior profundidade analisada (18,2cm). O aumento da profundidade de trabalho provocou o aumento do volume mobilizado, sendo esse aumento de 39,64% quando comparado a utilização da menor profundidade analisada (11cm). O resultado do presente estudo mostra a viabilidade técnica e ambiental do uso de biodiesel de soja, onde apesar de apresentar um menor índice de desempenho os valores encontrados foram satisfatórios, mostrando a possibilidade do uso do biodiesel como combustível habitual. Referências ARAUJO, C. V. C.; Análise do método da transesterificação no processo de fabricação do biodiesel de soja. Universidade Católica de Goiás Departamento de Engenharia Engenharia Ambiental. Goiânia - GO. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT. NBR Motor Diesel - Análise e determinação dos gases e do material particulado emitidos por motores do ciclo diesel - Ciclo de 13 pontos. Rio de Janeiro, 2000, 41p. BARBOSA, R. L. Desempenho comparativo de um motor de ciclo diesel utilizando diesel e misturas de biodiesel. 55p Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola). Universidade Federal de Lavras, Lavras. GROTTA, D. C. C., LOPES, A., FURLANI, C. E. A., SILVA, R. P.da., REIS, G. N., CORTEZ, J. W. Biodiesel etílico filtrado de óleo residual de soja : desempenho de um trator agrícola na operação de gradagem. Acta Scientiarum Technol. Maringá, v. 30, n. 2, p , REIS, G. N., LOPES, A., FURLANI, C. E. A., DABDOUB, M. J., SILVA, R. P.da., GROTTA, D. C. C., CAMARA, F. T. Análise comparativa entre biodiesel filtrado e biodiesel 4

5 destilado em trator agrícola. Revista de Ciências Agroveterinárias. Lages, v. 5, n.2, p , MAZIEIRO, J. V. G.; CORREA, I. M.; TRIELLI, M. A.; BERNARDI, J. A.; D AGOSTINI, M. F. Avaliação de emissões poluentes de um motor diesel utilizando biodiesel de girassol como combustível, Engenharia na Agricultura, São Paulo, v. 14, n. 4, p , NIETIEDT, G. H.; Misturas de Biodiesel de Soja, com Aditivação e Variação do Ponto de Avanço, em um Motor de Injeção Direta. 91p Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS. RAMOS, L. P., KUCEK, K. T., DOMINGOS, A. K., WILHELM, H. M. Biodiesel: Um Projeto de sustentabilidade econômica e sócio-ambiental para o Brasil. Revista Biotecnologia & Desenvolvimento, São Paulo, v. 31, [s.n], p SALVADOR, N. Consumo de energia na operação de subsolagem realizada antes e depois de sistemas de preparo periódico do solo. Botucatu: Universidade Estadual Paulista, p. Tese de doutorado. SOUZA, W. L., FERRARI, R. A., SCABIO, A., BARCARO, P. Biodiesel de óleo de girassol e etanol. Revista Biomassa & Energia, Viçosa, v.2, n.1, p.1-5,