ANÁLISE E DIAGNOSE DE DIESEL-GERADORES OPERANDO COM ÓLEO DE DENDÊ IN NATURA" Valéria Said de Barros Pimentel
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- Amália de Santarém Madeira
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1 ANÁLISE E DIAGNOSE DE DIESEL-GERADORES OPERANDO COM ÓLEO DE DENDÊ IN NATURA" Valéria Said de Barros Pimentel TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUESITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA MECÂNICA. Aprovado por: Prof. Carlos Rodrigues Pereira Belchior, D.Sc. Prof. Silvio Carlos Aníbal de Almeida, D.Sc. Prof. Nísio de Carvalho Lobo Brum, D.Sc. Prof. Raad Yahya Qassim, D.Sc. Prof. José Alberto de Reis Parise, Ph.D., Prof. Donato Alexandre Gomes Aranda, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ. BRASIL JUNHO DE 2002
2 PIMENTEL, VALÉRIA SAID DE BARROS, Análise e Diagnose de Diesel-Geradores Operando com Óleo de Dendê " In Natura" [Rio de Janeiro] 2002 xix, 145 pág cm (COPPE/UFRJ, D.Sc., Engenharia mecânica, 2002) Tese - Universidade Federal de Rio de Janeiro, COPPE 1. Combustíveis alternativos 2. Óleo de Dendê 3. Motor diesel I. COPPE/UFRJ II. Título (série) ii
3 Ao exemplo de meus pais Ao companheirismo de minhas irmãs À cumplicidade de meu marido, e À inspiração de meu filho iii
4 Agradecimentos Ao Prof. Carlos Rodrigues Pereira Belchior pela orientação, com grande maturidade profissional, para alcançar os objetivos traçados. Ao Prof. Silvio Carlos Aníbal de Almeida pelo entusiasmo e pelo auxílio no material bibliográfico. Ao Prof. Nísio Carvalho Lobo Brum pelo grande apoio, inclusive com recursos financeiros para concluir os testes experimentais, e como amigo interessado no desenvolvimento deste trabalho. Ao CEPEL para o apoio para os testes de durabilidade através do Eng. Guilherme Fleury. Ao CENPES que através do SEMOT, principalmente, do Eng. Carlos Vinícius Costa Massa, possibilitou a realização dos testes com os empréstimos de instrumentos sofisticados. À Fundação Universitária José Bonifácio, por proporcionar a aquisição do dinamômetro hidráulico Land & Sea utilizado nesta pesquisa. Às amigas Maísa Chaves e Vera Lúcia pelo apoio ao longo do doutorado. Aos amigos Jorge Rodrigues Alvarenga, "Miranda", e José Carlos de Oliveira, "Carlinhos, pelo companheirismo e pela importante e decisiva participação na montagem e instalação da bancada de teste, sem os quais seria impossível a realização desse trabalho. Ao meu amigo William Magalhães Barcellos pela participação técnica no desenvolvimento da tese. Aos Amigos Nauberto R. Pinto e Pedro Paulo Pereira pelo apoio técnico ao longo dos testes. Aos amigos José de Assis Maranhão, Renan de Souza Lucena e Marcelo Alves Ferreira que tiveram importante participaram da realização dos testes experimentais. Aos demais amigos do Laboratório de Máquinas Térmicas, que de várias formas deram sua participação no desenvolvimento desse trabalho. Uma tese experimental não tem como ser viabilizada sem uma participação expressiva de uma equipe de trabalho. iv
5 Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.) ANÁLISE E DIAGNOSE DE DIESEL-GERADORES OPERANDO COM ÓLEO DE DENDÊ IN NATURA Valéria Said de Barros Pimentel Junho / 2002 Orientador: Carlos Rodrigues Pereira Belchior Programa: Engenharia Mecânica Este trabalho refere-se a análise do desempenho de diesel geradores operando com óleo de dendê in natura. Testes de durabilidades foram realizados em um diesel-gerador de injeção direta durante 350 horas de teste. Os testes de desempenho foram realizados em motor de injeção indireta ASTM CFR Cetano. A análise de desempenho é realizada com o auxílio de um modelo termodinâmico simplificado, desenvolvido para controle e monitoramento. Os resultados obtidos nos testes de durabilidade e desempenho apontam para a possibilidade de utilização desse óleo vegetal como combustível para diesel-geradores e coerência com a simulação do modelo termodinâmico desenvolvido. v
6 Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Sciences (D.Sc.) ANALYSIS AND DIAGNOSIS OF DIESEL-GENERATORS OPERATING WITH CRUDE PALM OIL Valéria Said de Barros Pimentel June / 2002 Advisor: Carlos Rodrigues Pereira Belchior Department: Mechanical Engineering This work refers the analysis of the acting of diesel generators operating with crude palm oil. Tests of durability were accomplished in a diesel-generator of direct injection for 350 hours of test. The performance tests were accomplished in indirect injection engine ASTM CFR Cetane. The performance analysis is accomplished with the aid of a simplified thermodynamic model, developed for control and analysis. The results obtained in the durability tests and performance appear for the possibility of use of that vegetable oil as fuel for diesel-generators and coherence with the simulation of the developed thermodynamic model. vi
7 ÍNDICE I - INTRODUÇÃO 1 II - OBJETIVOS 4 III - CONSIDERAÇÕES GERAIS 5 III.1 - FATORES MOTIVADORESDA UTILIZAÇÃO DE ÓLEO VEGETAL COMO COMBUSTÍVEL 6 III.2 - ESTADO DA ARTE DE UTILIZAÇÃO DE ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL 7 III Estado da Arte 7 III Recomendações sobre Procedimentos e Modificações no Motor 14 III.3 - ESCOLHA DO ÓLEO VEGETAL 15 III Comparação entre as Propriedades Físico-Químicas do Óleo de Dendê e Óleo Diesel 16 IV - ANÁLISE DOS PROCESSOS 19 IV.1 - ADMISSÃO DE AR 20 IV.2 - INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL 21 IV.3 - COMBUSTÃO 24 IV Atraso de Ignição 24 IV Período da Combustão Descontrolada 27 IV Período da Combustão Controlada 28 IV.4 - EMISÕES EM MOTORES DIESEL 28 vii
8 IV.5 - MODELO TERMODINÂMICO SIMPLIFICADO DE SIMULAÇÃO 32 IV Compressão 33 IV Atraso de Ignição 34 IV Combustão 34 IV Expansão 41 IV Equações Complementares 41 V - DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL 44 V.1 - ENSAIO DE UM MOTOR DE INJEÇÃO DIRETA OPERANDO COM ÓLEO DE DENDÊ IN NATURA 44 V Bancada de Teste 44 V Sistema de Alimentação de Combustível 45 V Instrumentação 46 V Procedimento de Teste 47 V Resultado dos Testes 51 V Análise dos Resultados Obtidos 51 V Análise do Óleo Lubrificante 59 V Análise Visual dos Depósitos de Carbono 61 V.2 - ENSAIO DE UM MOTOR ASTM CFR CETANO OPERANDO COM ÓLEO DE DENDÊ IN NATURA 71 V Bancada de Teste 71 V Sistema de Alimentação de Combustível 71 V Instrumentação 73 V Planejamento de Experimento 79 V Procedimento de Teste 81 viii
9 V Descrição dos Testes 82 V Resultado dos Testes 84 V Análise dos Resultados Obtidos 84 V Correlação de Dados 106 V Quantitativo de Dados 112 V Análise da Simulação Termodinâmica 116 VI - CONCLUSÕES E SUGESTÕES 134 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 137 ANEXOS ix
10 LISTA DE FIGURAS Figura III.1 - Percentual de oleaginosas mais estudadas mundialmente 15 Figura IV.1 Jato de combustível 24 Figura IV.2 Geometria do motor ASTM CFR Cetano 42 Figura V.1 - Grupo gerador e dissipador de potência 45 Figura V.2 Variação da potência com a carga ao longo dos testes 51 Figura V.3 Variação da pressão média indicada com a carga ao longo do teste 52 Figura V.4 - Variação da temperatura de exaustão com a carga ao longo do teste 53 Figura V.5 - Variação do consumo específico com a carga ao longo do teste 54 Figura V.6 - Variação da eficiência de térmica com a carga ao longo do teste 54 Figura V.7 Emissão de monóxido de carbono (CO) com a carga ao longo do teste 56 Figura V.8 Emissão de hidrocarbonetos (HC) com a carga ao longo do teste 56 Figura V.9 Emissão de dióxido de carbono (CO 2 ) com a carga ao longo do teste 58 Figura V.10 Emissão de óxido de nitrogênio (NO x ) com a carga ao longo do teste 58 Figura V.11 Percentual de opacidade com a carga ao longo do teste 59 Figura V.12 Viscosidade do óleo lubrificante em função do número de horas de 59 operação do motor Figura V.13 Viscosidade a 100 o C do óleo lubrificante em função do número de horas 60 de operação Figura V.14 Índice de basicidade total (tbn) do óleo lubrificante em função do número 60 de hora de operação Figura V.15 Zonas de combustão 62 Figura V.16 Após 50 horas de amaciamento com óleo diesel 63 Figura V.17 Após 50 horas de operação com óleo de dendê in natura aquecido a o C Figura V.18 - Após 200 horas de operação com óleo de dendê in natura aquecido a o C Figura V.19 - Após 350 horas de operação com óleo de dendê in natura aquecido a o C Figura V.20 Bicos injetores após 50 horas de amaciamento com óleo diesel 66 Figura V.21 - Bicos injetores após 50 horas de funcionamento com óleo de dendê a o C Figura V.22 - Bicos injetores após 150 horas de funcionamento com óleo de dendê 67 x
11 Figura V.23 - Bicos injetores após 150 horas de funcionamento com óleo de dendê a o C Figura V.24 Câmara toroidal na cabeça do pistão amaciamento diesel 68 Figura V.25 Câmara toroidal na cabeça do pistão 50 horas operando com óleo de 69 dendê a 50 o C. Figura V.26 Câmara toroidal na cabeça do pistão 150 horas operando com óleo de.69 dendê a 100 o C Figura V.27 Câmara toroidal na cabeça do pistão 150 horas operando com óleo de 70 dendê a 85 o C. Figura V.28 Motor ASTM CFR Cetano 72 Figura V.29- Sistema de alimentação de combustível 72 Figura V.30 Dinamômetro Land & Sea instalado no eixo do motor 73 Figura V.31 Locais de medição de temperatura 74 Figura V.32 Sistema de aquisição de dados de temperatura 75 Figura V.33 Medidor de atraso de ignição e avanço de injeção 76 Figura V.34 Sistema de medição do ângulo do eixo de manivela 77 Figura V.35 Medidor do ângulo do eixo de manivela AVL 77 Figura V.36 Exemplo de gráfico gerado pelo sistema AVL 78 Figura V.37 Desenho esquemático do sistema de medição de vazão de ar 79 Figura V.38 Potência em função do débito de combustível 85 Figura V.39 Consumo específico em função do débito de combustível 85 Figura V.40 Eficiência térmica em função do débito de combustível 86 Figura V.41 Temperatura dos gases de exaustão em função do débito de 86 combustível Figura V.42 Monóxido de carbono em função do débito de combustível 87 Figura V.43 Dióxido de carbono em função do débito de combustível 87 Figura V.44 Hidrocarbonetos em função do débito de combustível 88 Figura V.45 Óxidos de nitrogênio em função do débito de combustível 88 Figura V.46 Gráfico comparativo das pressões geradas no interior do cilindro com o 89 motor operando com óleo diesel e de dendê débito 13 ml/min Figura V.47 Gráfico comparativo das pressões geradas no interior do cilindro com o 89 motor operando com óleo diesel e de dendê débito 14 ml/min Figura V.48 Gráfico comparativo das pressões geradas no interior do cilindro com o motor operando com óleo diesel e de dendê débito 16 ml/min 90 xi
12 Figura V.49 Potência em função da taxa de compressão 90 Figura V.50 Consumo específico em função da taxa de compressão 91 Figura V.51 Eficiência térmica em função da taxa de compressão 91 Figura V.52 Temperatura dos gases de exaustão em função da taxa de compressão 92 Figura V.53 Monóxido de carbono em função da taxa de compressão 92 Figura V.54 Hidrocarbonetos em função da taxa de compressão 93 Figura V.55 Dióxido de carbono em função da taxa de compressão 93 Figura V.56 Óxidos de nitrogênio em função da taxa de compressão 94 Figura V.57 Gráfico comparativo das pressões geradas no interior do cilindro com o 94 motor operando com óleo diesel e de dendê taxa de compressão Figura V.58 Gráfico comparativo das pressões geradas no interior do cilindro com o 95 motor operando com óleo diesel e de dendê taxa de compressão Figura V.59 Potência em função da temperatura do ar de admissão 95 Figura V.60 Consumo específico em função da temperatura do ar de admissão 96 Figura V.61 Eficiência térmica em função da temperatura do ar de admissão 97 Figura V.62 Temperatura dos gases de exaustão em função da temperatura do ar de 97 admissão Figura V.63 Monóxido de carbono em função da temperatura do ar de admissão 98 Figura V.64 Dióxido de carbono em função da temperatura do ar de admissão 98 Figura V.65 Hidrocarbonetos em função da temperatura do ar de admissão 99 Figura V.66 Óxidos de nitrogênio em função da temperatura do ar de admissão 99 Figura V.67 Gráfico comparativo das pressões geradas no interior do cilindro com o 100 motor operando com óleo diesel e de dendê temperatura do ar de admissão 45 o C Figura V.68 Gráfico comparativo das pressões geradas no interior do cilindro com o 100 motor operando com óleo diesel e de dendê temperatura do ar de admissão 30 o C Figura V.69 Potência em função do avanço de injeção 101 Figura V.70 Consumo específico em função do avanço de injeção 101 Figura V.71 Eficiência térmica em função do avanço de injeção 102 Figura V.72 Temperatura dos gases de exaustão em função do avanço de injeção 102 Figura V.73 Monóxido de carbono em função do avanço de injeção 103 Figura V.74 Dióxido de carbono em função do avanço de injeção 103 Figura V.75 Óxidos de nitrogênio em função do avanço de injeção 103 xii
13 Figura V.76 Hidrocarbonetos em função do avanço de injeção 104 Figura V.77 Gráfico comparativo das pressões geradas no interior do cilindro com o 104 motor operando com óleo diesel e de dendê - avanço de injeção 15 graus Figura V.78 Gráfico comparativo das pressões geradas no interior do cilindro com o 105 motor operando com óleo diesel e de dendê avanço de injeção 11 graus Figura V.79 Correlação da potência com a vazão de combustível (diesel) 107 Figura V.80 Correlação da potência com a vazão de combustível (dendê) 107 Figura V.81 Correlação da potência com a taxa de compressão (diesel) 108 Figura V.82 Correlação da potência com a taxa de compressão (dendê) 108 Figura V.83 Correlação da potência com a temperatura do ar de admissão (diesel) 109 Figura V.84 Correlação da potência com a temperatura do ar de admissão (dendê) 109 Figura V.85 Correlação da potência com o avanço de injeção (diesel) 110 Figura V.86 Correlação da potência com o avanço de injeção (dendê) 110 Figura V.87 Curva ajustada da razão de liberação de calor - débito de combustível ml/min diesel Figura V.88 - Evolução da pressão no cilindro débito de combustível 13 ml/min diesel Figura V.89 Curva ajustada da razão de liberação de calor - débito de combustível ml/min dendê Figura V.90 - Evolução da pressão no cilindro débito de combustível 13 ml/min dendê Figura V.91 Curva ajustada da razão de liberação de calor - débito de combustível ml/min diesel Figura V.92 - Evolução da pressão no cilindro débito de combustível 14 ml/min diesel Figura V.93 Curva ajustada da razão de liberação de calor - débito de combustível ml/min dendê Figura V.94 - Evolução da pressão no cilindro débito de combustível 14 ml/min 121 dendê Figura V.95 Curva ajustada da razão de liberação de calor - débito de combustível ml/min diesel Figura V.96 - Evolução da pressão no cilindro débito de combustível 16 ml/min - diesel 122 xiii
14 Figura V.97 Curva ajustada da razão de liberação de calor - débito de combustível ml/min dendê Figura V.98 - Evolução da pressão no cilindro débito de combustível 16 ml/min dendê Figura V.99 Curva ajustada da razão de liberação de calor taxa de compressão diesel Figura V Evolução da pressão no cilindro taxa de compressão diesel 123 Figura V.101 Curva ajustada da razão de liberação de calor - taxa de compressão dendê Figura V Evolução da pressão no cilindro taxa de compressão dendê 123 Figura V.103 Curva ajustada da razão de liberação de calor taxa de compressão diesel Figura V Evolução da pressão no cilindro taxa de compressão diesel 124 Figura V.105 Curva ajustada da razão de liberação de calor - taxa de compressão dendê Figura V Evolução da pressão no cilindro taxa de compressão dendê 124 Figura V.107 Curva ajustada da razão de liberação de calor temperatura do ar de 125 admissão 30 o C diesel Figura V Evolução da pressão no cilindro temperatura do ar de admissão 30 o C diesel Figura V.109 Curva ajustada da razão de liberação de calor - temperatura do ar de 125 admissão 30 o C dendê Figura V Evolução da pressão no cilindro temperatura do ar de admissão 30 o C dendê Figura V.111 Curva ajustada da razão de liberação de calor temperatura do ar de 126 admissão 45 o C diesel Figura V Evolução da pressão no cilindro temperatura do ar de admissão 45 o C diesel Figura V.113 Curva ajustada da razão de liberação de calor - temperatura do ar de 126 admissão 45 o C dendê Figura V Evolução da pressão no cilindro temperatura do ar de admissão 45 o C 126 dendê Figura V.115 Curva ajustada da razão de liberação de calor avanço de injeção graus diesel Xiv
15 Figura V.116 Evolução da pressão no cilindro avanço de injeção 11 graus - diesel 127 Figura V.117 Curva ajustada da razão de liberação de calor avanço de injeção graus dendê Figura V Evolução da pressão no cilindro avanço de injeção 11 graus - dendê 127 Figura V.119 Curva ajustada da razão de liberação de calor avanço de injeção graus diesel Figura V Evolução da pressão no cilindro avanço de injeção 15 graus - diesel 128 Figura V.121 Curva ajustada da razão de liberação de calor avanço de injeção graus dendê Figura V Evolução da pressão no cilindro avanço de injeção 15 graus - dendê 128 xv
16 LISTA DE TABELAS Tabela III.1 - Propriedades do óleo de dendê em relação ao óleo diesel 17 Tabela III.2 - Características do óleo de dendê utilizado na pesquisa 18 Tabela V.1 - Somatório das faixas de operação planejadas 113 Tabela V.2 - Análise de variância para planejamento do experimento 114 Tabela V.3 - Verificação do tamanho da amostra 114 Tabela V.4 - Risco de erro 115 Tabela V.5 - Dados de entrada do programa simulador 117 Tabela V.6 - Dados experimentais e simulados com o motor operando com óleo 129 diesel Tabela V.7- Dados experimentais e simulados com o motor operando com óleo de dendê 131 xvi
17 LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS Letras Latinas: BM ni c V C d CN D d Ea h kr L l relação biela/manivela calor específico a pressão constante calor específico a volume constante coeficiente de descarga número de cetano diâmetro diâmetro energia de ativação aparente entalpia por unidade de massa coeficiente politrópico comprimento deslocamento do pistão m massa m &m N nr n ni P p Q fator de formada função de Wiebe fluxo de massa por unidade de tempo velocidade angular número de rotações do eixo número de orifícios número de injeções potência pressão calor Q LHV poder calorífico inferior Q CH energia química do combustível Q ht energia de transferência de calor Q f volume de combustível R constante de um gás ideal xvii
18 Re rc sp SS T T t tanh U u V V V d V c número de Reynolds taxa de compressão velocidade media do pistão somatório da variância temperatura torque tempo tangente hiperbólica energia interna energia interna por unidade de massa velocidade volume volume deslocado volume da câmara de combustão V pc volume da pré-câmara z &W trabalho por unidade de tempo número de cilindro Letras Gregas: α β ρ ângulo do jato de combustível coeficiente experimental densidade µ viscosidade dinâmica ν π θ η τ λ viscosidade cinemática 3,14159.(constante) ângulo do eixo de manivela eficiência atraso de ignição razão ar/combustível χ fração de combustível queimada xviii
19 Subscritos: a ar a quantidade de elemento na composição química do combustível b c cil quantidade de elemento na composição química do combustível cilindro cilindro comb combustível cont combustão controlada desc combustão descontrolada f inj combustível injeção inter s interação estequiométrica xix
20 1 I - INTRODUÇÃO Estudos para utilização do óleo vegetal como combustível em motores diesel tiveram início no começo do século XX. O Próprio Rudolf Diesel defendeu a viabilidade técnica de uso de óleo vegetais nos motores de ignição por compressão e a possibilidade deste uso vir a contribuir para o desenvolvimento da agricultura dos lugares onde existam condições para tal [1]. Entretanto, com descoberta de recursos fósseis, considerados infinitos, e o desenvolvimento da indústria petroquímica tornando-os baratos, as pesquisas não foram adiante. Somente com a crise do petróleo, na década de 70, foi que começou em todo o mundo, o interesse de tornar o óleo vegetal um possível substituto para o óleo diesel. No Brasil, através do Proóleo (Programa Nacional de Óleos Vegetais para Fins Energéticos), também se iniciaram estudos para desenvolver combustíveis de óleos vegetais. A estrutura canavieira garantiu o Proálcool (Programa Nacional de Álcool), mas o desenvolvimento de outros combustíveis não teve a mesma sorte [2], apesar de todos os fatores agroclimáticos. Passada a crise de abastecimento, absorvidos os aumentos nos preços do barril de petróleo, o Proóleo foi sendo esquecido. Até meados dos anos 80 as pesquisas sobre a utilização de óleos vegetais em motores diesel apontavam para dois caminhos: 1. a utilização de óleo vegetal in natura puro ou com misturas com diesel, e; 2. a utilização de óleo vegetal processado - transesterificado - o biodiesel. Pesquisas sobre a utilização do óleo vegetal in natura ou em misturas com o diesel em motores diesel demonstravam ser necessárias, pelas características físico-químicas dos óleos vegetais, modificações no projeto dos motores diesel [3 a 7]. Como as pesquisas se concentraram em encontrar um possível substituto para o óleo diesel para uso automotivo, as modificações afetariam todo o parque industrial de motores tornando difícil e economicamente inviável. Dessa forma, era mais conveniente adequar o óleo vegetal ao motor do que adequar o motor ao óleo vegetal. A alternativa mais vantajosa foi investir em pesquisas que privilegiassem a adequação do óleo vegetal ao motor, como é o caso dos óleos transterificados e craqueados, o biodiesel [8 a 15].
21 2 A Comunidade Econômica Européia investiu, com sucesso, na pesquisa de combustíveis alternativos vegetais, entre eles o biodiesel de óleo de colza. Na Malásia e EUA foram realizados experimentos bem sucedidos com palma e soja, respectivamente. Na Alemanha, mais de quinhentos postos urbanos de combustíveis já oferecem o biodiesel [16]. O biodiesel tem ainda a seu favor, o tamanho da molécula muito próxima ao do diesel, já o óleo vegetal in natura tem sua molécula 3 vezes maior, dificultando a quebra das ligações químicas no processo de combustão, resultando em combustão incompleta. Resultados de ensaios [10, 12, 14, 15] mostram que os ésteres de óleos vegetais apresentam melhor comportamento em relação à combustão, isto porque as moléculas possuem menor número de carbono do que as moléculas dos óleos in natura, o que lhes confere propriedades parecidas com as do óleo diesel. No entanto, estes ésteres ainda apresentam o inconveniente de formar lacas e resíduos carbonosos que podem obstruir orifícios de injeção e deteriorar o óleo lubrificante, ainda que, com efeito menos acentuado que o verificado com os vegetais. Os óleos vegetais in natura provocam, além dos efeitos negativos já citados, a formação de depósitos nas válvulas de descarga e nas canaletas dos anéis de compressão, possibilitando travamento [17 a 24]. Por esses motivos, nos últimos 15 anos, as pesquisas se encaminharam mais fortemente para o uso do biodiesel e as pesquisas para a utilização de óleo vegetal foram pouco desenvolvidas. Entretanto, existem situações onde a utilização do biodiesel torna-se inviável, pois, o processo de obtenção do mesmo, a transterificação, exige uma infraestrutura tecnológica. É o caso de comunidades isoladas, como as do norte do país, onde grandes usinas hidrelétricas e instalação de linhas de transmissão são impraticáveis. A eletrificação dessas comunidades é feita através da utilização de diesel-geradores. Porém, devido aos altos custos de derivados do petróleo e do seu transporte, o custo da energia elétrica torna-se proibitivo, prejudicando o desenvolvimento da região devido à falta de energia elétrica contínua e confiável. Justifica-se então um estudo para a utilização do óleo vegetal in natura como combustível, já que a extração do mesmo é dominada pelos moradores dessas regiões, não necessitando de uma estrutura tecnológica de alto grau de complexidade. Além disso, o Brasil dispõe de uma enorme diversidade de plantas oleaginosas nativas e de condições climáticas favoráveis para se tornar um grande produtor de combustíveis à base de óleos vegetais.
22 3 A maior motivação no passado foi à vulnerabilidade do suprimento seguro dos combustíveis líquidos no setor de transporte. Hoje, o óleo vegetal como combustível tornou-se o líder do todos os projetos não alimentícios [1] utilizando o solo para a produção de energia. Das vantagens ambientais no uso energético de óleos vegetais em motores, destacam-se a baixa emissão de SO 2 (responsável pela chuva ácida) e a recuperação de áreas degradadas pela implantação de florestas de oleaginosas e o balanço de carbono emitido que provoca o efeito estufa. Hoje, entretanto, aspectos ambientais sobre a produção local, aliados à necessidade de eletrificação de comunidades isoladas, bem como a geração de empregos, permitindo a fixação do homem no campo, tornam-se os principais fatores.
23 4 II - OBJETIVO O objetivo desta pesquisa é o estudo teórico e experimental do desempenho, emissões e problemas operacionais de motores diesel estacionários (dieselgeradores) utilizando óleo de dendê in natura como combustível, comparando com os resultados apresentados pelo motor funcionando com óleo diesel quando novo. Pretende-se ainda verificar: os depósitos provenientes da combustão; o efeito da alteração de algumas variáveis sobre as emissões e desempenho do motor: a) taxa de compressão; b) débito de combustível; c) avanço de injeção; d) temperatura do ar de admissão Com esta finalidade foram realizados: análise teórica sobre a influência das propriedades físico-químicas do combustível, na combustão, na emissão de gases de descarga e particulados e no desempenho do motor; ensaio com 350 horas de duração em um diesel gerador de injeção direta; ensaios de desempenho em um motor CFR Cetano de injeção indireta. Nesses ensaios foram alteradas as variáveis dos itens a) a d) acima citados. Estudos feitos [3 a 24] no passado, sobre os problemas encontrados no desempenho de motores diesel utilizando outros óleos vegetais como combustíveis, nortearam a realização de modificações nos sistemas de partida e parada, alimentação de combustível, de forma a se otimizar do desempenho dos mesmos.
24 5 III CONSIDERAÇÕES GERAIS O aproveitamento energético de óleos vegetais foi discutido na década de 80, em duas concepções distintas. De um lado entendia-se o óleo vegetal como uma alternativa cuja utilização exigiria modificações nos motores diesel convencionais, enquanto por outro lado constituiria, tão somente, promissora matéria-prima a ser, necessariamente, transformada em um combustível tecnicamente equivalente ao óleo diesel. A considerável evolução pela qual passou o motor diesel, bem como, a otimização conhecida pelas técnicas de refino do petróleo, então abundante e barato, contribuíram em grande parte para que os óleos vegetais não encontrassem aproveitamento contínuo no campo prático. O confronto de características físico-químicas do óleo vegetal com o óleo diesel, antecipa a ocorrência de problemas operacionais para uma eventual utilização prolongada. Tal previsão é corroborada quando se procede a uma revisão da literatura disponível [3, 7] sobre pesquisas esporádicas de óleos vegetais in natura. Os resultados dessas pesquisas fazem menção à ocorrência de acentuada formação de depósitos em bicos injetores, paredes de cilindros, cabeças de pistão, câmara de combustão e válvulas de escapamento dos motores, que nada mais representam do que uma conseqüência da alta viscosidade e da quase ausência de volatilidade desses óleos nas temperaturas normais de trabalho dos motores. Isso induz a pensar que a introdução de pequenas interferências no óleo vegetal in natura, como aquecimento do mesmo para diminuição da viscosidade, bem como algumas modificações construtivas em motores comerciais ciclo Diesel, como aumento da taxa de compressão, aumento do débito da bomba injetora, mudança na temperatura do ar de admissão e alteração no avanço de injeção, podem resultar em um melhor desempenho do motor operando com óleo vegetal. A possível aplicabilidade da alternativa óleo vegetal ao desenvolvido equipamento consumidor de óleo diesel, o motor de ciclo Diesel, aliado ao conjunto de vantagens relativas à utilização de um sistema energético baseado em produtos com características renováveis reforçam a necessidade de investigar-se, mais profundamente o desempenho deste motor utilizando óleo vegetal (óleo de dendê in natura ) como combustível.
25 6 A escolha do óleo de dendê foi condicionada pelas características físico-químicas do óleo, além da importância decisiva que o grande potencial produtivo e os baixos custos de produção esperados para esta cultura no Brasil podem desempenhar. III.1 - FATORES MOTIVADORES PARA UTILIZAÇÃO DO ÓLEO VEGETAL COMO COMBUSTÍVEL A maior motivação no passado foi à vulnerabilidade de fornecimento seguro de combustíveis líquidos para o setor de transportes, como vivido em todo o mundo pela a crise de fornecimento e de combustíveis na crise do petróleo e nos anos 70 e na guerra do golfo. Hoje, a questão ambiental sobre a poluição, em todo o mundo, tem se tornado a grande motivação para a utilização desse combustível, além da possibilidade de contribuir para o desenvolvimento de regiões remotas, para a diminuição de níveis de desemprego, criando postos de trabalhos através da produção local de combustível líquido, fixando o homem no campo. Principais fatores motivadores: 1. Energia renovável: principal motivo da maioria dos produtores, especialmente quando se torna óbvio que os recursos fósseis são finitos. 2. Benefícios ambientais: são grandes os benefícios ambientais (menor efeito estufa, menor poluição local do ar, menor contaminação da água e do solo e menor riscos para saúde) [16]. 3. Eletrificação de locais de difícil acesso. 4. Utilização de sobras da agricultura: utilização da terra também para propostas não alimentícias. 5. Interesse científico: Novo campo de pesquisa e desenvolvimento com energia renovável. 6. Criação de novos empregos 7. Redução da dependência de importação 8. Oportunidades comerciais 9. Aumentar a oferta de tipos de combustíveis, diversificando as fontes.
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