TÉCNICA DE ANÁLISE DE GASES PARA GANHO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA.

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Elza Botelho Dinis
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1 TÉCNICA DE ANÁLISE DE GASES PARA GANHO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA.

2 1 - Resumo Desde a assinatura do Protocolo de Kyoto em 1997, o mundo vive, um momento de reflexão sobre o desequilíbrio ocasionado pela aceleração do aquecimento global, também chamado de Efeito Estufa. Esses efeitos geram graves alterações climáticas, provocando catástrofes mundiais. Nesse conceito toda sociedade busca de forma estruturada melhorias na qualidade do meio ambiente, através de ações de sustentabilidade ambiental ao qual todo meio produtivo de forma responsável colabora para minimizar os efeitos poluidores ao meio ambiente. As locomotivas de carga são movidas em sua grande maioria por combustível fóssil (diesel) que conseqüentemente gera uma dispersão elevada de monóxido de carbono (CO) na atmosfera. Leis ambientais regulamentam a emissão desses gases poluentes a níveis toleráveis. O trabalho que será apresentado propõe um acompanhamento preditivo de emissão de gases como um fator preponderante para uma intervenção preventiva no ativo e aferição de sua eficiência energética, evitando assim o aumento de emissão de partículas sólidos (CO) na atmosfera. Este trabalho nasceu de uma necessidade crescente de controlar as emissões de gases poluentes gerados na combustão para ganhos operacionais e de custeio de forma racionada. Nesse contexto, evidencia a necessidade do meio ferroviário contribuir de forma sustentável com a matriz energética do país.

3 2 - Desenvolvimento Para redução de emissão de gases provenientes da combustão incompleta como CO (monóxido de carbono), o processo de combustão em qualquer tipo de equipamento deve ser equilibrado, havendo quantidades corretas de combustível e comburente. A Figura 1 apresenta o desenho em corte de um motor diesel de uma locomotiva GE (7FDL16). Este sistema deve estar completamente ajustado conforme recomendações do fabricante para termos a melhor condição de combustão e, conseqüentemente, o maior aproveitamento energético possível. Para redução de emissão e ganho de eficiência energética, medida em g/hp.h (gramas de combustível consumido por HP produzido por hora), todo o sistema relacionado à combustão deve ser examinado/revisado, como o sistema de injeção (filtro de combustível, regulagens de cremalheiras, bicos injetores e bombas injetoras, ponto de injeção e abertura de válvulas), admissão e exaustão de ar (turboalimentador, escapamento, aftercooler, filtros de ar), e câmara de combustão (desgaste de anéis e camisa, assentamento de válvulas e compressão dos cilindros). Figura 1. Corte de um motor diesel de locomotiva GE 7FDL16.

4 Segundo cálculo estequiométrico da reação química de combustão do diesel, temos as seguintes possibilidades, demonstradas de forma simplificada: Partindo destes dados, temos que a emissão de monóxido de carbono (CO) está diretamente relacionada à eficiência da combustão, que por sua vez nos traz informações sobre as condições de operação do equipamento, relacionado ao consumo de combustível. Este fato torna o monitoramento da emissão de CO, além de um parâmetro de controle de caráter ambiental, um importante parâmetro para o controle de manutenção de todo o sistema de injeção. O aparelho utilizado para este tipo de controle é o Analisador de Gases (Figura 2). O instrumento fornece parâmetros tais como temperatura do gás analisado, temperatura ambiente, concentração de O2 em %, concentração de CO2 em %, e concentração de CO em ppm no gás analisado, sendo este último parâmetro o utilizado para a analise. Figura 2. Analisador de Gases utilizado no estudo. A sonda do analisador de gases é instalada na chaminé da locomotiva com auxílio de uma base magnética, diretamente na saída do escapamento (Figura 3). A central do analisador de gases, local onde se encontram as células de medição, é fixada na lateral da locomotiva, onde o operador controla as funções e leitura de dados (Figura 4).

5 Figura 3. Sonda do Analisador de Gases instalada na chaminé. Figura 4. Operação do Analisador de Gases. Com o equipamento instalado, medições são executadas com a locomotiva em simulação de carga nos pontos 5, 6, 7 e 8 de aceleração. Esta condição de operação é mais representativa quando se trata das condições de operação de um MD GE 7FDL16, uma vez que o turboalimentador começa a fornecer pressão de ar a partir do 5 ponto. A partir dos resultados encontrados a locomotiva segue para os testes no Medidor de Eficiência Energética (MEF). O MEF consiste em um equipamento de aquisição automática de grandezas mecânicas e elétricas da locomotiva, visando fornecer o parâmetro de consumo específico em g/hp.h. Os dados de consumo específico em cada ponto de aceleração são comparados com os valores de uma curva padrão fornecidos pelo fabricante da locomotiva.

6 3- Metodologia Na etapa inicial do projeto, testes foram executados com a locomotiva em diferentes condições de operação do sistema de injeção do motor diesel, monitorando-se o consumo específico de diesel e os parâmetros fornecidos pelo analisador de gases. Durante a análise de dados coletados em campo neste estágio, foi confirmado que o parâmetro de concentração de CO é a informação coletada pelo analisador de gases que possui a melhor correlação com o consumo de diesel, conforme gráfico abaixo (Figura 5). Figura 5. Dados de concentração de CO e consumo específico de diesel. Partindo-se desta relação, resultados de emissão de CO foram obtidas para uma parcela representativa da frota de locomotivas GE C30-7 e a partir destes dados uma tendência de comportamento de emissão de CO e um linha de corte foram plotadas (Figura 6) Figura 6. Tendência de comportamento de emissão de CO e linha de corte para frota C30-7.

7 Utilizando-se da tendência de comportamento e linha de corte acima, locomotivas são selecionadas a partir da medição de emissão de CO para medição da eficiência energética através do MEF. Confirmando-se o elevado consumo específico de diesel, acima da curva padrão, uma rigorosa manutenção no sistema de injeção, admissão e regulagens do motor diesel são executadas. A Figura 7 apresenta um resultado típico mostrado no monitor do MEF. Figura 7. Exemplo de resultado mostrado no monitor do MEF para uma locomotiva C Monitoramento e resultados alcançados Para toda locomotiva que passa por manutenção preventiva leve (I1), (consumo de lts), valores de emissão de CO entre os pontos 5 e 8 de aceleração são monitorados e um banco de dados é abastecido com estes resultados. Conforme citado anteriormente, locomotivas com emissão acima da linha de corte são encaminhadas para execução do MEF, monitorando-se o consumo específico em todos os pontos de aceleração. A Figura 8 apresenta os resultados de emissão de CO antes e após a manutenção do sistema de injeção, atingindo-se uma redução de 55 a 73% de emissão do CO, dependente do ponto de aceleração analisado.

8 Figura 8. Exemplo de comparativo de emissão de CO antes e após a manutenção. A Figura 9 apresenta um exemplo de comparativo do consumo específico antes e depois da manutenção do sistema de injeção, mostrando reduções entre 2 e 4,8% de consumo. Figura 9. Exemplo de comparativo de consumo específico antes e após a manutenção. Em função da revisão em todo o sistema de injeção, obtém-se redução de emissão de CO da ordem de 65% em média. Transformando-se esta redução de emissão em massa de CO lançada na atmosfera, temos uma redução de aproximadamente 13 Kg/h, para um motor diesel 16 cilindros em 8 ponto. Esta redução de emissão pode ser maior em uma situação real de operação, uma vez que a locomotiva não permanece somente em 8 ponto e a emissão de CO é maior em pontos mais baixos. Para o comparativo de redução de consumo de diesel, antes e após a manutenção no sistema de injeção, temos uma redução de até 4%. Transformando-se este valor em

9 volume, temos uma redução de 30 litros de diesel por hora em 8 ponto. Esta redução representa economia de cerca de 1400 litros por mês em média por locomotiva. 4- Conclusões O monitoramento de emissão de CO (monóxido de carbono) é um parâmetro confiável para ser utilizado como referência para indicar as condições de combustão, operação e manutenção do ativo e nos traz informações importantes sobre a condição do sistema de injeção do mesmo. A devida manutenção do sistema de injeção (combustão) nos traz ganhos intangíveis relacionados ao meio ambiente, como a redução da emissão de CO, assim como resulta em redução significativa no consumo de diesel (eficiência energética) como conseqüência diminuindo custos com combustível.

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