UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS CURITIBA DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE MECÂNICA ENGENHARIA INDUSTRIAL MECÂNICA PROJETO FINAL DE CURSO II

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS CURITIBA DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE MECÂNICA ENGENHARIA INDUSTRIAL MECÂNICA PROJETO FINAL DE CURSO II ANÁLISE DE EMISSÕES DE GASES DE COMBUSTÃO EM MOTOR DO CICLO DIESEL UTILIZANDO ÓLEO DIESEL E ÓLEOS VEGETAIS PUROS CURITIBA JULHO

2 JOSANE AKEMI GONÇALVES ANÁLISE DE EMISSÕES DE GASES DE COMBUSTÃO EM MOTOR DO CICLO DIESEL UTILIZANDO ÓLEO DIESEL E ÓLEOS VEGETAIS PUROS Monografia apresentada à disciplina de Projeto de Final de Curso II, como requisito final para aprovação na disciplina. Orientador: Prof. Luciano Fernando dos Santos Rossi, Dr. LACIT/DAMEC/UTFPR Co-orientador. Prof. Pedro Ramos da Costa Neto, Dr. DAQBI/UTFPR CURITIBA JULHO

3 TERMO DE APROVAÇÃO Por meio deste termo, aprovamos a monografia final intitulada Análise de emissões de gases de combustão do ciclo diesel utilizando óleo diesel e óleos vegetais puros, realizada pela aluna Josane Akemi Gonçalves e como requisito final para aprovação na disciplina Projeto Final II Banca: Prof. Sílvio Luiz de Mello Junqueira, Dr. LACIT/DAMEC/UTFPR Prof. Raul Henrique Erthal, MSc. LACIT/DAMEC/UTFPR Curitiba, Julho de 2008.

4 e RESUMO Nas últimas décadas o aumento na necessidade de produção de energia desencadeou a queima de combustíveis em grande volume. O efeito estufa pode ser citado como o impacto ambiental direto desse fato. Os grandes vilões da poluição urbana são as emissões de origem veicular. Os biocombustíveis apresentam-se como um recurso renovável e uma alternativa na redução de gases veiculares poluentes. A utilização de óleos vegetais puros como combustíveis em gruposgeradores de energia elétrica, que operam com motores do ciclo diesel, foi uma oportunidade para avaliação do funcionamento geral e das emissões dos gases de combustão em relação ao uso de óleo diesel. Esse trabalho teve como objetivo geral, avaliar os gases de combustão dos óleos vegetais, de soja, girassol e de fritura em relação ao uso de diesel usado em grupos-geradores de energia elétrica, funcionando com motor do ciclo diesel, com injeção eletrônica e mecânica. Os grupos-geradores são de propriedade da Empresa Maquigeral. O motor eletrônico usado era novo, da marca SCANIA com 400 KWA de potência elétrica, enquanto, o motor mecânico foi um MWM de 40 KWA. O kit de conversão (BIOLTEC) foi importado e adaptado aos grupos-geradores pelo pessoal do TECPAR. Nos ensaios foram avaliadas as emissões de combustão do óleo diesel puro e dos óleos vegetais BSOB2,B (OB2, NO, NOB2B, CO, COB2B), usando analisador de gases portátil da marca ECIL. O óleo de soja usado nos testes foi refinado e cedido pela Empresa INCOPA, já os óleos de girassol e de fritura foram submetidos a processos de purificação com argila (bentonita), antes de serem utilizados. Os testes mostraram que o funcionamento dos motores (eletrônico e mecânico) dos dois grupos-geradores funcionou tão bem com os óleos vegetais, como para o diesel. Exceto, com óleo de fritura, que no motor eletrônico não suportou carga superior a 100 kw. Esse combustível apresentou viscosidade e outros parâmetros fora das especificações pré-estabelecidas pelo fabricante do kit. Mas, o perfil das emissões dos gases de combustão tais como: CO, COB2B, NO, NOB2B bem como o consumo de OB2B temperaturas de exaustão, apresentaram as mesmas tendências verificadas com o óleo diesel, usado nos motores eletrônico e mecânico. Palavras-chave: Gases de combustão, biocombustíveis, óleos vegetais, gruposgeradores.

5 AGRADECIMENTOS Meus verdadeiros agradecimentos e respeito aos professores Luciano Fernando dos Santos Rossi e Pedro Ramos da Costa Neto por toda ajuda e dedicação na orientação desse trabalho. Agradeço também a UTFPR, o Instituto de Tecnologia do Paraná (TECPAR), a Empresa Batistella Distribuidora LTDA (MAQUIGERAL) e a Empresa INCOPA pelos materiais e equipamentos disponibilizados.

6 LISTA DE TABELAS TUTabela 1 - Evolução das normas de emissões para veículos leves (emissões de escape) [g/km] (Lora, 2000).UT...25 TUTabela 2 Limites para níveis de emissão de gases de escapamento para veículos leves conforme a lei 8723/1993UT...25 TUTabela 3 Níveis máximos de emissões de gases conforme a Lei 8723/1993 pra veículos pesados do ciclo DieselUT...26 TUTabela 4 Níveis máximos de emissões de gases conforme a Lei 8723/1993 para veículos leves do ciclo Otto.UT...26 TUTabela 5 Padrões de emissão para veículos leves com diesel como combustível [g/km] Dieselnet, 2008.UT...27 TUTabela 6 Padrões de emissão para veículos pesados com diesel como combustível [g/kwh] Dieselnet, 2008.UT...27 TUTabela 7 Propriedades complementares atribuídas ao biodicombustível em comparação ao óleo diesel comercial (RAMOS, 2004).UT...29 TUTabela 8 Características técnicas do grupo-gerador de sistema mecânico de injeção de combustível.ut...39 TUTabela 9 - Características técnicas do grupo-gerador de sistema eletrônico de injeção de combustível.ut...40 TUTabela 10 Plenas cargas nas quais os grupos-geradores foram submetidos para as análises de emissões de gases de combustão.ut...47 TUTabela 11 - Características dos óleos diesel, girassol, soja e de fritura usados nos motores do ciclo diesel (eletrônico e mecânico), bem como, as especificações segundo a Norma DIN V 51605/2006.UT...50 TUTabela 12 - Médias de porcentagem de oxigênio livre nos gases de combustão dos combustíveis: diesel, oleos de soja, girassol e fritura.ut...52 TUTabela 13 - Média dos valores de emissão de CO durante a combustão de óleos vegetais em relação ao óleo diesel em grupos-geradores de energia elétrica.ut..56

7 LISTA DE FIGURAS TUFigura 1 - Esquemático de um motor de combustão interna alternativout...18 TUFigura 2 Diagrama p-v do ciclo Otto (MORAN & SHAPIRO, 2002)UT...20 TUFigura 3 Diagrama p-v do ciclo DieselUT...22 TUFigura 4 Funcionamento do ciclo Diesel (Santos, 2005)UT...23 TUFigura 5 Sistema de injeção de bomba em linha (Santos, 2005)UT...24 TUFigura 6 - Média do impacto das emissões de biodiesel para motores pesados de rodovias, (QUEIROZ, 2006)UT...32 TUFigura 7 Esquemático dos sistemas montados para as realizações dos testesut...37 TUFigura 11 Foto do Kit de conversão de combustíveis utilizado.ut...44 TUFigura 12 Fotos dos dutos de exaustão de gases. A esquerda, o duto de exaustão de gases do grupo-gerador de sistema eletrônico de injeção de combustível e a direita, o de sistema mecânico de injeção.ut...45 TUFigura 13 Fotos do aparato do princípio de purificação dos óleos vegetais.ut...46 TUFigura 14 Fotos do posicionamentos do sensor do equipamento de medição de gases de combustão, à esquerda no duto do grupo-gerador de sistema eletrônico de injeção e a esquerda no duto do grupo-gerador de sistema mecânico de injeção.ut...48 TUFigura 19 Resultados comparativos da quantidade de CO, presente nos gases de combustão dos grupos-geradores com motor eletrônico e mecânico usando óleo diesel, de soja, de girassol e de fritura de alimentos.ut...56 TUFigura 20 - Gráficos comparativos de quantidade de NOx, em ppm, presente nos gases de combustão entre os óleos utilizados como combustíveis.ut...57

8 TU1UT TUINTRODUÇÃOUT TU2UT TUFUNDAMENTAÇÃO TU3UT TUMATERIAIS SUMÁRIO RESUMO AGRADECIMENTOS LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS SUMÁRIO 10 TU1.1UT TUOBJETIVOSUT 11 TU1.2UT TUJUSTIFICATIVAUT 12 TU1.3UT TUCONTEÚDO DO TRABALHOUT 12 TEÓRICAUT 13 TU2.1UT TUINTRODUÇÃOUT 13 TU2.2UT TUCOMBUSTÃOUT 13 TU2.3UT TUMOTORES DE COMBUSTÃO INTERNAUT 17 TU2.3.1UT TUCICLO DE AR PADRÃO OTTOUT 20 TU2.3.2UT TUCICLO DE AR PADRÃO DIESELUT 21 TU2.3.3UT TUSISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL ATRAVÉS DE BOMBA INJETORAUT 23 TU2.3.4UT TUINJEÇÃO ELETRÔNICA E O SISTEMA COMMOM RAILUT 24 TU2.4UT TULEIS DE EMISSÃO DE POLUENTESUT 25 TU2.5UT TUÓLEO DIESELUT 28 TU2.6UT TUBIOCOMBUSTÍVEISUT 28 TU2.6.1UT TUBIODIESEL EM GERALUT 30 TU2.6.2UT TUÓLEO DE GIRASSOLUT 32 TU2.6.3UT TUÓLEO DE SOJAUT 32 TU2.6.4UT TUÓLEO DE FRITURAUT 33 TU2.7UT TUGRUPOS-GERADORESUT 33 TU2.8UT TUA CRISE ENERGÉTICA E OS GRUPOS-GERADORESUT 35 TU2.9UT TUKIT DE CONVERSÃO DE COMBUSTÍVEISUT 36 E MÉTODOSUT 37 TU3.1UT TUEQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOSUT 37 TU3.1.1UT TUGRUPOS-GERADORESUT 38 TU3.1.2UT TUANALISADOR PORTÁTIL DE GASESUT 42 TU3.1.3UT TUTANQUES DE COMBUSTÍVEISUT 42 TU3.1.4UT TUKIT DE CONVERSÃO DE COMBUSTÍVEISUT 43 TU3.1.5UT TUDUTOS DE EXAUSTÃO DE GASESUT 44 TU3.1.6UT TUÓLEOSUT 45 TU3.2UT TUPROCEDIMENTO DE ENSAIOSUT 46

9 TU4UT TURESULTADOS (NO 57 E DISCUSSÃOUT 49 TU4.1UT TUCARACTERÍSTICAS FÍSICAS E QUÍMICAS DOS COMBUSTÍVEIS E LIMITES ESPECIFICADOSUT 49 TU4.2UT TURESULTADOS DAS EMISSÕES DOS GASES DE COMBUSTÃOUT 50 TU4.2.1UT TUPORCENTAGEM DE OXIGÊNIO LIVREUT 51 TU4.2.2UT TUTEMPERATURA DOS GASES DE EXAUSTÃOUT 52 TU4.2.3UT TUGÁS CARBÔNICOUT 54 TU4.2.4UT TUMONÓXIDO DE CARBONOUT 55 TU4.2.5UT TUGASES NITROGENADOS NOUBUxUBU + NOUBU2UBU)UT TU4.3UT TUCONSIDERAÇÕES FINAIS (análise dos resultados obtidos nos experimentos)ut 58

10 10 1 INTRODUÇÃO Com a intensa atividade industrial e o aumento da quantidade de veículos nas últimas décadas, a necessidade de energia desencadeou uma alta demanda por combustíveis e o meio ambiente foi quem sofreu as maiores conseqüências. Os efeitos da degradação do meio-ambiente são facilmente observados na elevação dos níveis dos mares com o aumento da temperatura do planeta, a descaracterização climática, a formação de ciclones dentre outros fenômenos. Basicamente esses fenômenos são conseqüências do efeito estufa (BUENO, 2007). O efeito estufa origina-se devido ao acúmulo de gases na atmosfera, os quais são gerados principalmente pela queima de combustíveis fósseis em quantidades maiores àquelas que podem ser reabsorvidas pelo meio ambiente (BUENO, 2007). Um TcombustívelT é qualquer substância que reage com o oxigênio de forma violenta de modo a produzir calor, chamas e gases. Ele pode ser chamado de renovável ou de não renovável. O combustível renovável é aquele que o meio ambiente é capaz de produzir a sua matéria-prima, como por exemplo, o álcool. Ao contrário do não renovável que é de origem fóssil, necessita de condições especiais para ser formado e que devido às condições de estabilidade geológica do planeta não será mais formado. Objetivando a busca por um combustível renovável, surge o conceito do biocombustível que é qualquer combustível de origem biológica, que não seja de origem fóssil. É originado de misturas de óleos de uma ou mais oleaginosas (Hcanade-açúcarH, HmamonaH, HsojaH, HcânhamoH, HcanolaH, HbabaçuH), e até de outras origens como: óleo de fritura usado, lixo orgânico, entre outros tipos. Os óleos vegetais apresentam-se como possíveis substitutos do óleo diesel em motores de ciclo Diesel. A sua utilização, em propriedades rurais, por exemplo, já acontece devido à familiaridade do agricultor na extração e processamento desses óleos (MACHADO, 2008). Em locais de difícil acesso, com objetivos de racionamento de energia ou em locais onde se necessita o fornecimento de energia como os hospitais, os biocombustíveis tornam-se uma opção de uso em geradores de emergência de

11 11 energia elétrica, os chamados grupos-geradores. Além da utilização em veículos do ciclo diesel, puro ou misturado ao óleo diesel convencional. Considera-se ainda, que os biocombustíveis apresentam as vantagens de poluir menos que o diesel comercial ou gasolina e não estão diretamente vinculados ao câmbio internacional como os derivados do petróleo (BARROS, 2007). A poluição atmosférica e todas as conseqüências trazidas por ela é um assunto de grande importância e preocupação. De acordo com Corrêa (2005), no caso das grandes cidades brasileiras, pode-se considerar a poluição urbana como sendo predominantemente de origem veicular. Embora haja evoluções de tecnologia aplicada em sistemas de injeção de combustíveis, de catalisadores de pós queima e melhorias nas propriedades de combustíveis que levam a redução de emissões de gases, o aumento da utilização de motos e automóveis tem intensificado o tráfego nos grandes centros urbanos agindo no sentido contrário. O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) criou o Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores (PROCONVE) e o Programa de Controle da Poluição do Ar por Motociclos e Veículos Similares (HPROMOTH) com o objetivo de reduzir e controlar a contaminação atmosférica por automóveis e motocicletas, respectivamente. Esses programas fixam prazos e estabelecem exigências tecnológicas para veículos automotores, nacionais e importados. 1.1 OBJETIVOS Esse trabalho teve como objetivo geral, avaliar os gases de combustão dos óleos vegetais, de soja, girassol e de fritura em relação ao uso de diesel usado em grupos-geradores de energia elétrica, funcionando com motor do ciclo diesel, com injeção eletrônica e mecânica, adaptado com kit de conversão.

12 JUSTIFICATIVA A oportunidade vista neste projeto é a possibilidade de utilização de óleos vegetais puros como combustíveis de motores que operam no ciclo diesel, nesse caso grupos-geradores de energia elétrica. Estarão envolvidas nesse projeto as áreas de Engenharia Mecânica e Química. 1.3 CONTEÚDO DO TRABALHO Esse trabalho está dividido em quatro capítulos que são: 1) Capítulo 1: Neste capítulo é apresentado o problema a ser analisado e são estabelecidos os principais objetivos deste trabalho; 2) Capítulo 2: Nesse capítulo apresenta-se a fundamentação teórica de todo o contexto no qual este trabalho está inserido. Apresenta-se o embasamento teórico para o desenvolvimento dos três capítulos seguintes; 3) Capítulo 3: Nesse capítulo é estabelecida a metodologia de análise do problema, isto é, trata-se da parte experimental do trabalho. Os equipamentos e métodos utilizados são descritos para, juntamente com o capítulo 2, entender as análises que serão feitas no capítulo 4; 4) Capítulo 4: Nesse capítulo são discutidos os resultados alcançados na etapa experimental, e também problemas e dificuldades encontrados durante essas realizações. Concluem-se as principais idéias do trabalho.

13 13 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 INTRODUÇÃO Nesse capítulo apresenta-se todo o embasamento teórico do trabalho. Mostrase o conceito de combustão, seguidos pelos motores de combustão interna (destacando-se o de ciclo Diesel), as regulamentações brasileiras e mundiais das emissões de gases de combustão, os biocombustíveis e os chamados grupos geradores. Dessa forma há a contextualização e fundamentação teórica do objetivo a ser atingido, apresentado no capítulo 1, dos equipamentos e métodos experimentais utilizados, apresentados no capítulo 3 e das análises de resultados obtidos, apresentadas no capítulo COMBUSTÃO A combustão é um fenômeno que envolve reações químicas bastante complexas, consistindo de vários estágios, que ocorrerão em maior ou menor extensão dependendo de vários fatores: o combustível, o grau de mistura com o oxigênio que é inclusive influenciado pelas geometrias do queimador e da câmara de combustão - a temperatura a que é submetida esta mistura, etc. (GARCIA, 2002). Há três teorias para explicar a combustão de hidrocarbonetos: a teoria da hidroxilação, a teoria dos radicais livres e a teoria do craqueamento. As duas primeiras se aplicam à queima de hidrocarbonetos gasosos (GARCIA 2002). A teoria da hidroxilação estabelece que, quando o hidrocarboneto queima, há primeiramente uma adição ou associação de oxigênio à molécula de hidrocarboneto. Essa reação produz compostos hidroxilados instáveis, que, por sua vez, se transformam em aldeídos. Em seguida, estes aldeídos se rompem e se oxidam até se ter o formaldeído. O formaldeído é oxidado a CO e água. Posteriormente, o CO formado é oxidado a COB2.B As reações podem ser representadas, para a queima do metano, na seguinte seqüência: (GARCIA, 2002).

14 14 CHB4 B+ OB2 B CHB3BOH HB2BO + HCHO CO + HB2BO COB2B + HB2B Onde: CHB4B: metano; CHB3BOH: metanol; HCHO: formaldeído; CO: monóxido de carbono; COB2B: dióxido de carbono. Este processo de hidroxilação é tão rápido que em uma mistura de metano com hidrogênio ou com monóxido de carbono, o metano queima mais depressa que o hidrogênio e que o monóxido de carbono (GARCIA, 2002). Entretanto, a teoria mais aceita é a de formação de radicais livres. Esta teoria estabelece que, por exemplo, na queima do metano, reações em cadeia são iniciadas em velocidades proporcionais à concentração de formaldeído. Este, por sua vez, sofre um aumento gradual até que um valor estacionário seja atingido, quando então a velocidade de sua formação fica igual à velocidade de sua destruição. O mecanismo da queima pode ser representado pelas seguintes reações: (GARCIA, 2002). HCHO + OB2B radicais livres OH + CHB4B HB2BO + CHB3B CHB3B + OB2B HCHO OH + HCOH HB2BO + CHO 2 CHO + 3/2OB2B 2 COB2B + HB2BO Onde: HCHO: formaldeído; OH: radical hidroxila; CHB3B: radical metila.

15 15 A teoria do craqueamento se aplica nos casos em que não há tempo suficiente para se estabelecer uma boa mistura entre o ar e o combustível e, ao mesmo tempo, a taxa de aquecimento do combustível for muito alta. Neste caso não há formação de compostos hidroxilados e a alta temperatura, na qual o combustível é submetido, provoca a quebra das moléculas de hidrocarboneto em carbono e oxigênio que reagem separadamente com o oxigênio. A presença de carbono livre altamente aquecido explicaria a emissão de chama amarela, enquanto a queima do hidrogênio emite chama azul ou ultravioleta. Normalmente é de se esperar que as reações de craqueamento ocorram preferencialmente ao se queimar hidrocarbonetos mais pesados, de cadeias mais longas, como por exemplo, os óleos combustíveis. Já a queima dos gases, tais como gás natural e gases de refinaria, é mais bem explicada pelas teorias anteriores (GARCIA, 2002). Os produtos de combustão produzidos no veículo durante a queima de combustível podem, ou não, ser caracterizados como poluentes (BOSCH, 2005) Como visto nos parágrafos anteriores, na combustão completa, todos os reagentes são oxidados e produzem apenas gás carbônico (COB2B) e água (HB2BO), entretanto durante a queima do combustível, produtos intermediários secundários são formados. Segundo Silva (2007), nos veículos automotores, com algumas variações de acordo com os componentes do combustível utilizado, dentre os principais produtos formados na combustão estão os que não causam danos à saúde, COB2B, HB2BO e moléculas de nitrogênio (NB2B) e oxigênio (OB2B); os que apresentam riscos à saúde e tem sua emissão regulamentada, como CO, hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogênio (NOBxB), óxidos de enxofre (SOBxB), material particulado (MP) e aldeídos; e os prejudiciais que ainda não possuem regulamentação como amônia, benzeno, cianetos e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA). Para que a eficiência seja a maior possível e gere uma quantidade mínima de produtos intermediários, é necessário que haja adequada homogeneização da mistura de reagentes, observando a quantidade estequiométrica de oxigênio presente no ar para que ocorra oxidação completa do combustível. Dessa forma, a relação estequiométrica para a reação ideal, em termos de massa, pode ser calculada pela equação 1: (Silva, 2007 apud Patterson e Henein, 1981).

16 16 (Eq. 1) Um motor do ciclo Otto que utiliza gasolina, por exemplo, atinge a queima total com uma relação teórica de 14,7:1, ou seja, para a queima de cada 1kg de combustível são necessários 14,7kg de ar (BOSCH,2005). Para a definição de quanto a mistura ar-combustível se desvia do valor estequiométrico, estabeleceu-se o coeficiente lambda (λ), que pode ser determinado pela equação 2: (BOSCH,2005). (Eq. 2) Sendo assim, a mistura pode ser classificada em: λ > 1: há excesso de ar na mistura real, o que caracteriza uma mistura pobre; λ < 1: há falta de ar na mistura real (combustível em excesso), caracterizando uma mistura rica; λ = 1: relação ar/combustível admitida igual à estequiométrica, condição ideal de trabalho. De acordo com Souza (2004), os valores ilustrados abaixo representam uma aproximação da faixa de operação prática para valores de λ: 0,75 < λ < 0,85: transição rápida entre regimes; 0,85 < λ < 0,95: máxima potência; 0,95 < λ < 1,05: funcionamento ideal para catalisador de 3 vias; 1,00 < λ < 1,1: economia de combustível. Alguns motores atuais podem operar com λ em torno de 1,7 em determinados regimes, visando máxima economia de combustível e menores índices de emissão de poluentes (SOUZA, 2004).

17 MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA Motores de combustão interna alternativos é o termo que se utiliza para os motores usados em automóveis, caminhões e ônibus nos quais os processos de combustão ocorrem dentro de arranjos cilindro-pistão com movimento alternativo e não em uma série de componentes diferentes interconectados. Como exemplos principais desses motores têm-se o motor com ignição por centelha e o motor com ignição por compressão. Num motor com ignição por centelha, uma mistura de combustível e ar é incendiada por uma vela (MORAN & SHAPIRO, 2002). Num motor com ignição por compressão, o ar é comprimido até uma pressão e temperatura elevadas o suficiente para que a combustão ocorra espontaneamente quando o combustível for injetado. Os motores com ignição por centelha são vantajosos para aplicações que requerem até cerca de 225 kw (300HP) (MORAN & SHAPIRO, 2002). Como eles são relativamente leves e de baixo custo, os motores de ignição por centelha são particularmente adequados para o uso em automóveis. Os motores com ignição por compressão são normalmente preferidos para aplicações em que se necessita de economia de combustível e potência relativamente alta (caminhões pesados e ônibus, locomotivas e navios). Na faixa intermediária, tanto os motores com ignição por centelha quanto os com ignição por compressão são utilizados (MORAN & SHAPIRO, 2002). A Figura 1 é um esquemático de um motor de combustão interna alternativo consistindo em um pistão que se move dentro de um cilindro dotado de duas válvulas.

18 18 Figura 1 - Esquemático de um motor de combustão interna alternativo Onde: a) Curso: distância que o pistão se move em uma direção; b) Ponto morto superior: posição do pistão onde o volume do cilindro é mínimo. Este volume mínimo é conhecido por volume morto; c) Ponto morto inferior: posição do pistão de volume máximo do cilindro. Em um motor de combustão interna de quatro tempos, o pistão executa quatro cursos distintos dentro do cilindro para cada duas rotações do eixo de manivela. Com a válvula de admissão aberta, o pistão executa um curso de admissão quando aspira uma carga fresca para dentro do cilindro. No caso dos motores com ignição por centelha a carga é uma mistura de ar e combustível. Para motores com ignição por compressão a carga é somente ar (MORAN & SHAPIRO, 2002). A seguir, com ambas as válvulas fechadas, o pistão passa por um curso de compressão elevando a temperatura e a pressão da carga. Esta fase exige o fornecimento de trabalho do pistão para o conteúdo do cilindro. Um processo de combustão é então iniciado (ambas as válvulas fechadas), resultando em uma

19 19 mistura gasosa de alta pressão e alta temperatura. A combustão é induzida através da vela próxima ao final do curso de compressão nos motores com ignição por centelha. Nos motores com ignição por compressão, a combustão é iniciada pela injeção de combustível no ar quente comprimido, começando próximo ao final do curso de compressão e continuando através da primeira etapa de expansão. Um curso de potência vem em seguida ao curso de compressão, durante o qual a mistura gasosa se expande e trabalho é realizado sobre o pistão à medida que este retorna ao ponto morto inferior. O pistão então executa um curso de escape no qual os gases queimados são expulsos do cilindro através da válvula de escape aberta. Os motores menores operam em ciclos de dois cursos. Nos motores de dois tempos, as operações de admissão, de compressão, de expansão e de escape dos gases são obtidas em uma volta do eixo de manivelas (MORAN & SHAPIRO, 2002). Devido ao fato de que o fluido de trabalho não passa por um ciclo termodinâmico completo (apesar de o motor operar segundo um ciclo mecânico), o motor de combustão interna opera segundo o chamado ciclo aberto (WYLEN & SONNTAG, 1976). Entretanto, para analisar os motores de combustão interna, é vantajoso conceber ciclos fechados que muito se aproximam dos ciclos abertos. Um das aproximações é o ciclo de ar, que é baseado nas seguintes hipóteses: a) Uma massa fixa de ar é o fluido de trabalho em todo o ciclo e o ar é sempre um gás perfeito. Assim, não há processo de entrada ou de saída; b) O processo de combustão é substituído por um processo de transferência de calor, de uma fonte externa; c) O ciclo é completado pela transferência de calor ao meio envolvente (em contraste com o processo de saída e de entrada num motor real); d) Todos os processos são internamente reversíveis; e) Usualmente é feita uma hipótese adicional de que o ar tem calor específico constante (WYLEN & SONNTAG, 1976). O principal mérito do ciclo padrão de ar consiste em nos permitir examinar qualitativamente a influência de várias variáveis no desempenho. Os resultados obtidos do ciclo padrão a ar diferirão consideravelmente daqueles do motor real. A

20 20 ênfase, portanto, na consideração do ciclo padrão de ar está principalmente nos aspectos qualitativos (WYLEN & SONNTAG, 1976) CICLO DE AR PADRÃO OTTO O ciclo padrão de ar de Otto é um ciclo ideal que se aproxima do motor de combustão interna por centelha (WYLEN & SONNTAG, 1976). É um ciclo ideal que considera que a adição de calor ocorre instantaneamente enquanto que o pistão encontra-se no ponto morto superior. O ciclo Otto pode ser representado pelo diagrama da figura 2 e consiste em quatro processos internamente reversíveis em série. a) Processo 1-2: compressão isentrópica do ar conforme o pistão se move do ponto morto inferior para o ponto morto superior; b) Processo 2-3: é uma transferência de calor a volume constante para o ar a partir de uma fonte externa enquanto o pistão está no ponto morto superior. Este processo tem a intenção de representar a ignição da mistura arcombustível e a queima rápida que se segue; c) Processo 3-4: é uma expansão isentrópica (curso de potência); d) Processo 4-1: onde o curso é completado a volume constante no qual o calor é rejeitado do ar conforme o pistão está no ponto morto inferior. (MORAN & SHAPIRO, 2002). Figura 2 Diagrama p-v do ciclo Otto (MORAN & SHAPIRO, 2002)

21 : 21 O rendimento térmico do ciclo Otto é dado pela equação 3 (CIVITA, 1974): a) ηbtb Onde: rendimento térmico do ciclo teórico; b) σ : relação de compressão do motor (V1/V2); c) k: expoente das transformações adiabáticas. Eq. (3) CICLO DE AR PADRÃO DIESEL O ciclo padrão de ar Diesel é ideal para o motor diesel que também é chamado de motor de ignição por compressão (WYLEN & SONNTAG, 1976). Este ciclo é um ciclo ideal que considera que a adição de calor ocorre durante um processo à pressão constante, que se inicia com o pistão no ponto morto superior. O ciclo Diesel pode ser representado pelo diagrama da figura 3 e consiste em quatro processos internamente reversíveis em série. a) Processo 1-2: compressão isentrópica onde o calor é transferido para o fluido de trabalho a pressão constante; b) Processo 2-3: expansão isobárica; c) Processo 3-4: expansão isentrópica; d) Processo 4-1: curso completado a volume constante no qual o calor é rejeitado do ar enquanto o pistão está no ponto morto inferior. Este processo substitui os processos de admissão e de descarga do motor real (MORAN & SHAPIRO, 2002).

22 : 22 Figura 3 Diagrama p-v do ciclo Diesel O rendimento térmico do ciclo Diesel é dado pela seguinte expressão (equação 4) (CIVITA, 1974): Eq. (4) Onde: a) ηbtb rendimento térmico do ciclo teórico; b) σ : relação de compressão do motor (V1/V2); c) k: expoente das transformações adiabáticas; d) δ: relação de corte (representa o deslocamento do pistão para que ocorra a queima total do combustível (V4/V3)). Os motores de ciclo diesel são conhecidos como motores diesel porque o combustível tradicionalmente usado é o óleo diesel. Porém, podem usar qualquer combustível de cadeia carbônica longa tais como os óleos vegetais ou os óleos transesterificados (biodiesel) (SANTOS, 2005). Os principais motores de ciclo diesel presentes na frota mundial são motores de quatro tempos. Estão divididos em injeção direta e indireta, também estão divididos naqueles equipados com bomba injetora ou injeção eletrônica, ou os mais

23 23 modernos commom rails. Apresentando ainda a variação de possuírem ou não turbo alimentação (BUENO, 2007). A figura 4 ilustra o funcionamento do ciclo diesel. Figura 4 Funcionamento do ciclo Diesel (Santos, 2005) SISTEMA DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL ATRAVÉS DE BOMBA INJETORA Nesse sistema, o óleo é aspirado do tanque de combustível pela bomba de alimentação. A bomba de alimentação pode operar manualmente através de uma manopla no seu corpo ou mecanicamente através de um êmbolo acionado por um cames no corpo da bomba principal. O óleo passa por um pequeno filtro no corpo da bomba de alimentação e é transferido pressurizado através de um conjunto de filtros e chegando a câmara de aspiração da bomba principal, que alimenta o conjunto de elementos bomba da bomba injetora. Existe tanto elemento bomba quanto o número de cilindros do motor. Cada elemento bomba comprime o óleo diesel a uma pressão suficiente para abrir os bicos injetores que são regulados dependendo do combustível e do projeto do motor. A pressão do circuito de alimentação é mantida por uma válvula de alívio localizada no filtro ou na galeria de alimentação dos elementos bomba. O combustível aliviado retorna para o tanque de combustível. A pressão de injeção é mantida constante pela pressão de injeção ajustada no bico injetor. O excesso de combustível retorna ao tanque (SANTOS, 2005). A figura 5 ilustra o sistema de injeção de uma bomba em linha.

24 24 Figura 5 Sistema de injeção de bomba em linha (Santos, 2005) INJEÇÃO ELETRÔNICA E O SISTEMA COMMOM RAIL O sistema eletrônico monitora, por meio de centrais de processamento eletrônico, o funcionamento do motor e gerencia o sistema de injeção de combustível de acordo com as necessidades do sistema. Esse sistema eletrônico foi desenvolvido em decorrência do avanço tecnológico e da necessidade de melhorar o desempenho dos motores a diesel, principalmente devido a questões ambientais (BUENO, 2007). O sistema commom rail é um sistema de injeção eletrônica com pressão modulada. A injeção é desacoplada da produção de pressão para ela o que permite um controle maior sobre o funcionamento do motor.

25 LEIS DE EMISSÃO DE POLUENTES Segundo Lora (2000), a partir de 1960, as emissões provocadas por motores de combustão interna têm diminuído consideravelmente. As primeiras regulamentações visando o controle da emissão de poluentes em veículos automotores novos apareceram na Califórnia (EUA) em A tabela 1 mostra a evolução das normas de controle das emissões veiculares no EUA: Tabela 1 - Evolução das normas de emissões para veículos leves (emissões de escape) [g/km] (Lora, 2000). Ano CO NOBxB HC Pré-controle ,00 2,24 5, ,3-1, ,32 1,92 0, ,1 0,62 0, ,25 0,15 Veículos de combustíveis limpos ,25 0,077 Veículos de combustíveis limpos ,12 0,046 No Brasil, as emissões de poluentes são regidas pela Lei 8723 de 28 de Outubro de O inciso II do artigo 2º da lei mencionada estabelece que para os veículos leves fabricados a partir de 1 de Janeiro de 1997, os limites para níveis de emissão de gases de escapamento devem ser aqueles mostrados na tabela 2. Tabela 2 Limites para níveis de emissão de gases de escapamento para veículos leves conforme a lei 8723/1993 Emissões g/km Monóxido de carbono (CO) 2,0 Hidrocarbonetos (HC) 0,3 Óxidos de nitrogênio (NOBxB) 0,6 Aldeídos (CHO) 0,03 Partículas (nos casos de veículos do ciclo Diesel) 0,05

26 26 Monóxido de carbono (CO) em marcha lenta 0,5% Conforme o parágrafo 6º do artigo 2º da lei mencionada, a totalidade de veículos pesados do ciclo Diesel comercializados no Brasil tem os níveis máximos de emissão de gases de escapamento, a partir de 1 de Janeiro de 2002, apresentados na tabela 3. Tabela 3 Níveis máximos de emissões de gases conforme a Lei 8723/1993 pra veículos pesados do ciclo Diesel Emissões g/kwh Monóxido de carbono (CO) 4,0 Hidrocarbonetos (HC) 1,1 Óxidos de nitrogênio (NOBxB) 7,0 Partículas (a critério do CONAMA) 0,15 Lei 8723/1993 O parágrafo 7º do artigo 2º também da lei mencionada determina que para veículos leves do ciclo Otto fabricados a partir de 1 de Janeiro de 1992, quando não derivados de automóveis e classificados como utilitários, camionetes de uso misto ou veículos de carga, devem respeitar os limites de emissão de gases de escapamento, a vigorar a partir de 31 de Dezembro de 1996, apresentados pela tabela 4. Tabela 4 Níveis máximos de emissões de gases conforme a Lei 8723/1993 para veículos leves do ciclo Otto. Emissões g/km Monóxido de carbono (CO) 24,0 Hidrocarbonetos (HC) 2,1 Óxidos de nitrogênio (NOBxB) 2,0 Aldeídos (CHO) 0,15 Monóxido de carbono (CO) em marcha lenta 3% Lei 8723/1993 Veículos pesados do ciclo Otto, de acordo com o inciso IV do 2º artigo da mesma lei, devem atender aos níveis de emissão de gases de escapamento de

27 27 acordo com limites e cronogramas a serem definidos pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA. Para veículos novos comercializados na União Européia, o padrão europeu de emissões é o chamado Euro. A tabela 5 apresenta valores para veículos leves com diesel como combustível e a tabela 6 para veículos pesados a diesel. Nota-se a evolução das exigências desse padrão em ambas as tabelas. Tabela 5 Padrões de emissão para veículos leves com diesel como combustível [g/km] Dieselnet, Euro Data de vigor CO HC HC + NOBxB NOBxB Particulado Euro I Julho ,72-0,97-0,14 Euro II Janeiro ,0-0,7-0,08 Euro III Janeiro ,64-0,56 0,50 0,05 Euro IV Janeiro ,50-0,30 0,25 0,025 Euro V (proposto) Setembro ,50-0,23 0,18 0,005 Euro VI (proposto) Setembro ,50-0,17 0,08 0,005 Tabela 6 Padrões de emissão para veículos pesados com diesel como combustível [g/kwh] Dieselnet, Euro Data de vigor CO HC NOBxB Particulado [mp P] Euro I 1992, < 85kW 4,5 1,1 8,0 Euro II Outubro ,0 1,1 8,0 Outubro ,0 1,1 7,0 Euro III Outubro ,1 0,66 5,0 0,8 Euro IV Outubro ,5 0,46 3,5 0,5 Euro V (proposto) Outubro ,5 0,46 2,0 0,5 Euro VI (proposto) Abril 2014 (todos modelos) 1,5 0,13 0,4

28 ÓLEO DIESEL O óleo diesel é um combustível de composição complexa, constituído basicamente por hidrocarbonetos parafínicos, olefínicos e aromáticos e, em menor quantidade, por substâncias cuja fórmula química contém átomos de enxofre, nitrogênio, metais, oxigênio, etc. Esses hidrocarbonetos são formados por moléculas constituídas de 8 a 40 átomos de carbono, normalmente sendo mais pesados do que aqueles que compõem a gasolina. O óleo diesel é uma fração destilada do petróleo e está localizado entre o querosene e os óleos lubrificantes (por razão das suas características) e os elementos que estão presentes na sua composição são: carbono (86,3%), hidrogênio (12,8%) e enxofre (0,9%) (SOUZA, 2005). O óleo diesel é bastante usado em pequenas instalações devido à facilidade de ser manuseado, em comparação com óleos combustíveis (GARCIA, 2002). Normalmente, no Brasil, o óleo diesel para o uso como combustível industrial é o mesmo óleo automotivo. Entretanto, para uso térmico, o óleo diesel não precisaria ser tão bom quanto o para uso automotivo que tem exigências específicas para o bom desempenho dos motores. Por exemplo, um óleo diesel combustível não precisa ter índice de cetanos especificado. Assim, um óleo diesel para uso como combustível industrial poderia ser constituído de correntes instáveis e de baixo índice de cetanos, tais como óleo leve de reciclo, produzido em uma unidade de craqueamento catalítico. (GARCIA, 2002). 2.6 BIOCOMBUSTÍVEIS As crises de petróleo incentivaram o desenvolvimento de processos de transformação de óleos e gorduras em derivados com propriedades físico-químicas, tais como a viscosidade e densidade, mais próximas aos combustíveis fósseis usados em motores, facilitando, assim, a substituição total ou parcial dos últimos. Dentre estes processos, estão a transesterificação e craequeamento de triglicerídeos e a esterficiação ou craqueamento de ácidos graxos (SUAREZ, 2006). Os óleos vegetais puros apresentam potenciais para uso como combustíveis em motores do ciclo diesel, pois são renováveis, seguros e facilmente manuseáveis.

29 29 Enquanto produto pode-se dizer que os biocombustíveis oriundos de óleos vegetais têm as seguintes características: são virtualmente livres de enxofre e aromáticos, atingem mercado específico, diretamente associado à atividades agrícolas. Além disso, podem-se obter outros produtos não energéticos, tais como biolubrificantes pelos processos de transesterificação química ou enzimática a partir dos óleos vegetais. Outras características complementares aos biocombustíveis são mostradas na Tabela 7 (RAMOS, 2004). Tabela 7 Propriedades complementares atribuídas ao biodicombustível em comparação ao óleo diesel comercial (RAMOS, 2004). Características Propriedades complementares Características químicas apropriadas Menos poluente Economicamente competitivo Reduz aquecimento global Economicamente atraente Livre de enxofre e compostos aromáticos, alto número de cetanos, ponto de combustão apropriado, excelente lubricidade, não tóxico e biodegradável. Reduz sensivelmente as emissões de (a) partículas de carbono (fumaça), (b) monóxido de carbono, (c) óxidos sulfúricos e (d) hidrocarbonetos policíclicos aromáticos. Complementa todas as novas tecnologias do diesel com desempenho similar e sem a exigência da instalação de uma infraestrutura ou política de treinamento. O gás carbônico liberado é absorvido pelas oleaginosas ou cana de açúcar durante o crescimento, o que equilibra o balanço negativo gerado pela emissão na atmosfera. Permite a valorização de subprodutos de atividades agroindustriais, aumento na arrecadação regional de ICMS, aumento da fixação do homem no campo e de

30 30 Regionalização investimentos complementares em atividades rurais. Pequenas e médias plantas para produção de biocombustíveis, podem ser implantadas em diferentes regiões do país, aproveitando a matéria prima disponível em cada local BIODIESEL EM GERAL Conforme Oliveira e Da Costa (2002), o biodiesel é uma evolução da tentativa de substituição do óleo diesel por biomassa, iniciada pelo aproveitamento de óleos vegetais in natura. É obtido através da reação de óleos vegetais com um intermediário ativo, formado pela reação de um álcool com um catalisador, processo conhecido como transesterificação. Os produtos da reação química são um éster (biodiesel) e o glicerol. Os ésteres têm características físico-químicas muito semelhantes as do diesel. A obtenção do biodiesel tem como ponto de partida a extração de óleos vegetais ou animais. Dentre as plantas das quais se faz possível a retirada de óleos destacam-se: soja, dendê, girassol, algodão, linhaça, mamona, oliveira, coco, palma, amendoim, jojoba, colza, abacate, babaçu e amêndoa, (BUENO, 2007). Como alternativa de combustível veicular, o biodiesel, segundo Sales et al., (2006), apresenta-se como vantagem devido à sua adaptabilidade aos motores de ciclo diesel, pois enquanto o uso de outros combustíveis limpos, como o gás natural ou biogás, requer adaptação dos motores, a combustão do biodiesel pode dispensála, configurando-se em uma técnica capaz de atender toda a frota já existente movida a óleo diesel. Do ponto de vista econômico, o biodiesel apresenta-se como um combustível em substituição às importações com vantagens ambientais inerentes, como a redução de emissão de materiais particulados e de enxofre, que evita custos com saúde pública e de gases responsáveis pelo efeito estufa. A avaliação da qualidade carburante de óleos vegetais requer a determinação analítica de, principalmente, seu poder calorífico, índice de cetano, curva de

31 31 destilação, viscosidade e ponto de névoa, (COSTA NETO et al., 1999). Em seguida, são apresentadas algumas definições dos parâmetros de interesse: a) Poder calorífico: do poder calorífico do (bio)combustível depende a potência máxima a ser atingida pelo motor em operação; b) Índice de cetano: define o poder de autoinflamação e combustão do óleo. Seu valor condiciona o desempenho global do motor, refletindo na partida a frio, ruído e gradiente de pressão. Comparados ao óleo diesel, os óleos vegetais apresentam menor calor de combustão e índice de cetano similar; c) Viscosidade: é a medida da resistência interna ao escoamento de um líquido, constitui outra propriedade intrínseca dos óleos vegetais. É de considerável influência no mecanismo de atomização do jato de combustível, ou seja, no funcionamento do sistema de injeção. Esta propriedade também se reflete no processo de combustão, de cuja eficiência dependerá a potência máxima desenvolvida pelo motor. Em relação ao diesel convencional, os óleos vegetais apresentam valores de viscosidade bastante elevados, podendo excedê-lo em até 100 vezes, como no caso do óleo de mamona; d) Ponto de névoa: corresponde à temperatura inicial de cristalização do óleo, influencia negativamente o sistema de alimentação do motor, bem como o filtro de combustível, sobretudo quando o motor é acionado sob condições de baixas temperaturas. Esta é, portanto, uma propriedade que desfavorece o uso de óleos vegetais in natura em motores do ciclo diesel, particularmente em regiões de clima temperado. Queiroz (2006) em uma apresentação da Petrobrás mostra os ganhos ambientais no uso do biodiesel: a) Redução de 95% nas emissões dos gases do efeito estufa; b) Redução de 78% das emissões de COB2B; c) Eliminação das emissões de enxofre; d) Diminuição das emissões de monóxido de carbono em 48%; e) Redução de 47% nas emissões de material particulado; f) Redução de 47% nas emissões de hidrocarbonetos.

32 32 A Figura 6 também é apresentada por Queiroz (2006) e mostra a média do impacto das emissões de biodiesel para motores pesados de rodovias. Figura 6 - Média do impacto das emissões de biodiesel para motores pesados de rodovias, (QUEIROZ, 2006) ÓLEO DE GIRASSOL O girassol é indicado para produção de biodiesel pela excelente qualidade do óleo extraído de sua semente. É considerado um cultivo rústico que se adapta facilmente às condições climáticas pouco favoráveis, além disso, é uma cultura econômica e que não requer manejo especializado, sendo preferencialmente recomendado para as regiões Sudeste e Sul do Brasil (SANTOS JR, 2007) ÓLEO DE SOJA O óleo de soja comercial tem uma composição média centrada em cinco ácidos graxos principais: palmítico (15:0), esteárico (18:0), oléico (18:1), linoléico (18:2) e linolênico (18:3). Estes ácidos graxos, cuja proporção relativa é mantida constante após a reação de transesterificação, compõem mais de 95% do teor de ácidos

33 33 graxos do óleo e tal característica é relativamente constante para a grande maioria dos óleos comerciais disponíveis no mercado ÓLEO DE FRITURA Os óleos e gorduras utilizados repetidamente em fritura por imersão sofrem degradação por reações tanto hidrolíticas quanto oxidativas. Neste caso, a oxidação, que é acelerada pela alta temperatura do processo, é a principal responsável pela modificação das características físico-químicas e organolépticas do óleo. O óleo torna-se escuro, viscoso, tem sua acidez aumentada e desenvolve odor desagradável, comumente chamado de ranço. Embora possível, a purificação destes óleos com materiais adsorventes não é considerada viável sob o ponto de vista econômico (COSTA NETO et al., 1999). O óleo, depois de usado, torna-se um resíduo indesejado e sua reciclagem como biocombustível alternativo não só retira do meio ambiente um poluente, mas também permite a geração de uma fonte alternativa de energia (IBIDEM, 1999). Segundo Mittelbach e Tritthart, apud Costa Neto, 1999, a utilização de biodiesel de óleos de fritura em motores do ciclo diesel apresentou bons resultados. Os testes foram realizados em bancada dinanométrica e em veículo de carga média com motor turbinado a diesel. A avaliação da emissão de gases demonstrou que houve um aumento relativo na liberação de gases nitrogenados, particularmente quando o biocombustível foi comparado ao diesel convencional. 2.7 GRUPOS-GERADORES Segundo Barros (2007), apud PEREIRA, 2005, denomina-se grupo-gerador diesel a composição de um motor diesel e um gerador de corrente alternada, denominado alternador, convenientemente montados e dotados dos componentes de supervisão e controle, necessários ao seu funcionamento autônomo e destinado ao suprimento de energia elétrica produzida a partir do consumo de óleo diesel. São geradores acionados por motores de combustão interna semelhantes aos utilizados

34 34 em veículos; dessa forma tem emissões de poluentes com características qualitativas semelhantes às observadas em ônibus e caminhões. Os grupos-geradores podem ser classificados conforme a aplicação. Neste caso para atender as cargas alimentadas, estão subdivididos em quatro classes: (Barros, 2007 apud Rémond, 2001). a) Classe G.1: para cargas menos exigentes, onde basta que atendam os níveis de tensão e freqüência. Enquadram-se nesse caso, por exemplo, sistema de iluminação e alguns equipamentos simples; b) Classe G.2: onde as características de tensão sejam as mesmas oferecidas pela rede das concessionárias de energia elétrica, sendo admitidas flutuações temporárias de freqüência e tensão. Enquadram-se nessa situação cargas como iluminação, pequenos motores e bombas; c) Classe G.3: para uso em cargas mais exigentes com relação à tensão, freqüência e forma de onda. Enquadram-se nesse caso cargas eletrônicas e de telecomunicações; d) Classe G.4: para exigências severas com relação à tensão, freqüência e forma de onda, por exemplo, em sistemas de informática. Os grupos-geradores podem ainda ser classificados quanto à implementação, estando divididos em três grupos: a) Pequenos e deslocáveis manualmente e de baixa potência, abaixo de 10kVA, utilizados normalmente em exposições, bancas de jornal, serviços de manutenção, etc.; b) Grupos móveis, deslocáveis por rodas ou equipamento móvel, são os de potência acima de 10kVA e são utilizados, por exemplo, em canteiros de obras móveis, em exploração agrícola, etc.; c) Grupos fixos, que são os equipamentos de maior potência, utilizados como fonte de segurança ou de alimentação de substituição. A terceira e última classificação é com relação ao tempo de atuação, tempo este referente ao período entre a interrupção de fornecimento da alimentação normal e o fornecimento de corrente pelo grupo. Há quatro classes que obedecem a NBR 5410 Norma para instalações elétricas em baixa tensão - e são:

35 35 a) Grupos de partida manual e sem tempo de atuação determinado. Estão normalmente parados e necessitam de todo tempo para entrar em regime, desde o deslocamento do operador até que a temperatura do motor atinja o nível de operação; b) Grupos com partidas automáticas, porém com longo período parado. Entram em regime em 15 segundos e necessitam que o motor térmico seja mantido em estado de pré-aquecimento; c) Grupos com partidas automáticas, porém com interrupção curta. Entram em regime em no máximo 1 segundo. O gerador está em rotação permanente e sua inércia serve para acionar o motor, que é mantido em estado de préaquecimento; d) Grupos sem interrupção, nos quais o gerador gira e é mantido pelo motor para que seja mantido um fornecimento ininterrupto da potência necessária. 2.8 A CRISE ENERGÉTICA E OS GRUPOS-GERADORES O Brasil, no setor de geração de energia elétrica, ocupa uma posição privilegiada por possuir uma matriz energética de origem hidráulica. No entanto essa geração é fortemente dependente do clima, o que segundo Barros (2007) já contribuiu para ocasionar uma crise em 2001 quando houve a necessidade de adoção de outras formas de energia elétrica. Uma das soluções emergenciais na época foi à utilização de grupos-geradores movidos a óleo diesel ou a gás. Os setores industriais, comerciais, de serviços e domésticos buscaram essa solução rápida para atingir as metas de redução de consumo de energia impostas pelo plano de governo, caso contrário estariam sujeitos as novas tarifas pela ultrapassagem dos limites de consumo estabelecidos, chegando até a sofrer com o corte de energia elétrica fornecida pelas concessionárias pelo não cumprimento das cotas de consumo impostas pelo governo. A crise ocorrida ou mesmo a possibilidade de uma nova falta de energia provocou uma abrupta procura por grupos-geradores, significando uma escalada das projeções de venda. Houve uma grande comercialização desses equipamentos para o suprimento de demanda de hotéis, clubes, escolas, shoppings centers, escolas, hospitais, etc (BARROS, 2007).

36 36 Vale lembrar que os grupos-geradores são equipamentos normalmente utilizados como fontes de substituição e segurança, ou seja, atendem as solicitações de fornecimento constante de energia como em hospitais, por exemplo. 2.9 KIT DE CONVERSÃO DE COMBUSTÍVEIS De um modo geral, na utilização de mais de um tipo de combustível em um motor de combustão, adota-se a adaptação de um kit de conversão ao motor. A função do kit é, através de um sistema eletrônico, estabelecer a mistura dos combustíveis na câmara de combustão em função da carga do motor.

37 37 3 MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização das medições de gases de combustão, buscou-se a parceria com a empresa MAQUIGERAL que disponibilizou os grupos-geradores adequados e prontos para os testes. Também se contou com a disponibilização de óleo de soja pela INCOPA, contou-se com as adequações das propriedades físicas dos óleos de girassol e óleo de fritura e a disponibilização do analisador portátil de gases pelo Departamento Acadêmico de Química e Biologia (DAQBI) da UTFPR. 3.1 EQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOS Foram realizados testes utilizando dois grupos-geradores diferenciados principalmente pelo sistema de injeção de combustível. Cada grupo-gerador fez parte do sistema de equipamentos montados para os ensaios conforme mostrado na Figura 7. Figura 7 Esquemático dos sistemas montados para as realizações dos testes No primeiro ensaio, o grupo-gerador utilizado foi o de sistema eletrônico de injeção. No segundo, utilizou-se o de sistema mecânico de injeção de combustíveis.