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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
DESEMPENHO E EMISSÕES DE UM MOTOR-GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA OPERANDO COM BIODIESEL
Núcleo Universitário Coração Eucarístico
Osmano Souza Valente
Belo Horizonte 2007
Osmano Souza Valente
DESEMPENHO E EMISSÕES DE UM MOTOR-GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA OPERANDO COM
BIODIESEL
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito para obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica.
Orientador: Prof. José Ricardo Sodré, Ph.D.
Belo Horizonte 2007
FICHA CATALOGRÁFICA
Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Valente, Osmano Souza V154d Desempenho e emissões de um motor-gerador de energia elétrica operando com biodiesel / Osmano Souza Valente. Belo Horizonte, 2008. 140f. Orientador: José Ricardo Sodré Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. 1. Motor diesel. 2. Biodiesel. 3. Energia. 4. Emissão de gás de exaustão. 5. Óleos vegetais como combustível. I. Sodré, José Ricardo. II. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa e Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. III. Título.
CDU: 662.756
Esta dissertação é dedicada a todos
aqueles com quem a vida me deu a
oportunidade de conviver; aos meus filhos e
à mãe dos meus filhos; aos meus irmãos;
aos meus pais que me deram a vida; à
minha companheira de hoje que me
incentivou concluir esta obra.
ii
AGRADECIMENTOS
Ao Martinho Murta, ao Marcio José e ao Telmo Zenha companheiros de caminhada.
ao Prof. José Ricardo Sodré, Ph.D que aceitou esta empreitada;
aos alunos Vinícius Benini, Vinícius Montuori e Vinícius Camatta pela dedicação, como
bolsistas e voluntários, na execução dos testes de laboratório;
aos técnicos Pedro, Vinícius e Carlos sempre disponíveis;
ao Professor Dr. Flávio Antônio dos Santos Diretor do CEFETMG;
à Prefeitura de Varginha, nas pessoas de seu Secretário de Agricultura Joadylson
Antônio Barra Ferreira e seu Prefeito Mauro Tadeu Teixeira;
ao LEC-UFMG, na pessoa da Professora Dra Vânya Márcia Duarte Pasa, pelos ensaios
e apoio;
à UFRJ, na pessoa do Professor Dr. Carlos Rodrigues Pereira Belchior, pelos ensaios
dos combustíveis.
à AMBRA, na pessoa do Alfredo Conde, pelo biodiesel cedido.
à Fiat Automóveis e Fiat Powertrain, nas pessoas do Gilmar Laignier, Ronaldo Ávila e
João Irineu Medeiros.
iii
RESUMO
Neste trabalho estudou-se o consumo de combustível e as emissões de
poluentes na exaustão de um grupo motor-gerador de energia elétrica operando com
biodiesel. Comparou-se experimentalmente o consumo de combustível de misturas de
óleo diesel mineral e biodiesel de soja, nas concentrações de 5, 20, 35, 50 e 85%, ou
biodiesel de mamona, nas concentrações de 5, 20 e 35%, variando a carga aplicada ao
motor de 0 a 38,9 kW. As emissões de gases poluentes na exaustão foram avaliadas
para misturas óleo diesel mineral e biodiesel de óleo de fritura, nas proporções de 25,
50 e 75%, além das misturas e proporções utilizadas nos testes de consumo de
combustível. Mantido o ajuste original do motor para operação com óleo diesel mineral,
os resultados mostram um aumento do consumo de combustível quando se eleva a
concentração de biodiesel na mistura. Misturas contendo biodiesel de soja
apresentaram menor consumo de combustível que misturas com biodiesel de mamona
na mesma concentração. Notou-se ainda uma tendência de aumento das emissões de
óxido de nitrogênio, monóxido de carbono e hidrocarbonetos na exaustão com o
aumento da concentração de biodiesel no combustível. Elevadas concentrações de
biodiesel reduziram as emissões de hidrocarbonetos e a opacidade do gás de
exaustão. Os resultados comprovam a necessidade de ajustes no sistema de injeção
de combustível do motor para a operação apropriada com biodiesel.
Palavras-Chave: Motores Diesel, Biodiesel, Energia, Emissões, Combustíveis
iv
ABSTRACT
Fuel consumption and exhaust emissions from a diesel engine power generator
operating with biodiesel have been studied. Fuel blends of 5, 20, 35, 50, and 85%
soybean biodiesel/diesel oil and 5, 20, and 35% castor biodiesel/diesel oil were
compared through experiments for fuel consumption, with engine load varying from 0 to
38,9 kW. Engine exhaust emissions were correlated for fuel blends of 25, 50, and 75%
used cooking oil/diesel oil plus the same fuel blends used for the fuel consumption tests.
With the original engine settings for diesel oil operation, the results showed an increase
on fuel consumption with higher biodiesel concentration in the fuel. Soybean biodiesel
showed lower fuel consumption than castor biodiesel at a given concentration. An
increase in oxides of nitrogen, carbon monoxide and hydrocarbon emissions with higher
biodiesel concentration was also noticed. High biodiesel concentrations reduced smoke
and hydrocarbon emissions. The results demonstrate the need for engine fuel injection
system optimization for proper operation with biodiesel.
Keywords: Diesel Engine, Biodiesel, Energy, Emissions, Fuels
v
ÍNDICE
Dedicatória i
Agradecimentos ii
Resumo iii
Abstract iv
Índice v
Lista de Tabelas ix
Lista de Figura xii
Lista de Equações xv
Nomenclatura xv
Unidades xxii
Capítulo 1 – Introdução 1 1.1 – Prólogo 1
1.2 – Biodiesel 3
1.3 – Objetivos e Metas 3
1.4 – Visão geral do Biodiesel no Brasil e no Mundo 4
1.4.1 – O Biodiesel no Brasil 4
1.4.2 – O Biodiesel na Europa 9
1.4.3 – O Biodiesel nos Estados Unidos 12
1.5 – Escopo Da Dissertação 13
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica 15
2.1 – Prólogo 15
2.2 – Propriedades do Biodiesel 15
2.3 – Desempenho e Emissões de Motores Utilizando Biodiesel 16
2.4 – Estado da Arte 19
vi
Capítulo 3 – Fundamentação Teórica 20 3.1 – Prólogo 20
3.2 – Princípios de operação de grupo gerador 20
3.2.1 – Conversão eletromagnética de energia 21
3.2.2– Máquinas Elétricas Rotativas - Geradores Elétricos 22
3.2.3 – Requisitos do Motor Térmico 24
3.3 – Consumo de Combustível 24
3.4 – Combustão E Combustíveis Para Motores Diesel 25
3.4.1 – Razão de Equivalência da Mistura 27
3.4.2 – Óleo Diesel 28
3.4.3 – Características e Propriedades do Combustível Diesel 29
3.4.3.1 – Massa Específica 29
3.4.3.2 – Número de Cetano 30
3.4.3.3 – Índice de Cetano 30
3.4.3.4 – Viscosidade Cinemática 31
3.4.3.5 – Ponto de Fulgor 31
3.4.3.6 – Ponto de Névoa 32
3.4.3.7 – Índice de Enxofre 32
3.4.3.8 – Poder Caloríficos 33
3.4.3.9 – Resíduo de Carbono 33
3.4.4 – Biodiesel 34
3.4.4.1 – Produção de Biodiesel Pelo Método da Transesterificação 34
3.4.4.2 – Características e Composição do Biodiesel 35
3.5 – Formação e Emissões de Poluentes 36
3.5.1 – Material Particulado 37
3.5.2 – Dióxido e Monóxido de Carbono 38
3.5.3 – Hidrocarbonetos Não Queimados 39
3.5.4 – Óxidos de Nitrogênio 40
vii
Capítulo 4 – Metodologia e Aparato Experimental 42 4.1 – Aparato Experimental 42 4.2 – Energia Elétrica 46
4.3 – Massa de Ar Admitido 47
4.4 – Temperatura e Pressão 49
4.5 – Consumo de Combustível 51
4.6 – Opacidade dos Gases de Exaustão 52
4.7 – Concentração de Gases Poluentes na Exaustão 53
4.8 – Procedimento Experimental 56
4.9 – Consumo de Combustível 57
4.10 –Emissões de Gases Poluentes 59
Capítulo 5 – Resultados Discussões 61 5.1 – Prólogo 61
5.2 – Propriedades Físico-Química Dos Combustíveis 62
5.2.1 – Massa Específica 62
5.2.2 – Viscosidade 64
5.2.3 – Índice de Cetano 65
5.2.4 – Volatilidade 67
5.2.5 – Teor de Enxofre 72
5.3 – Consumo De Combustível 73
5.3.1 – Massa de Combustível Consumido 74
5.3.2 – Razão Ar/Combustível 77
5.3.3 – Consumo Específico de Combustível 78
5.4 – Emissão de Gases Poluentes na Exaustão 80
5.4.1 – Concentração de Dióxido de Carbono 80
5.4.2 – Concentração de Monóxido de Carbono 82
5.4.3 – Concentração de Oxigênio 83
5.4.4 – Concentração de Hidrocarbonetos 85
5.4.5 – Concentração de Óxidos de Nitrogênio 86
5.4.6 – Opacidade do Gás de Exaustão 87
viii
Capítulo 6 – Conclusões 89
6.1 – Propriedades Físico-Químicas do Combustível 89
6.2 – Consumo de Combustível 90
6.3 – Emissões de Gases Poluentes 91
6.4 – Sugestões para Trabalhos Futuros 92
Bibliografia 93
Apêndice A – Analise de Incerteza 96
Apêndice B – Dados dos Testes de Consumo 06
Apêndice C – Dados dos Testes de Emissões 133
Apêndice – Dados de Viscosidade e Densidade 142
Anexo I – Resultados das Análises dos Combustíveis LEC-UFMG 143
Anexo II - Resultados das Análises dos Combustíveis COOP-UFRJ 151
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 – Capacidade Autorizada de Plantas de Produção de Biodiesel 8
Tabela 1.2 – Capacidade de produção de biodiesel na Europa 11
Tabela 3.1 – Principais componentes do ar seco 26
Tabela 3.2 – Características do biodiesel de canola e do óleo diesel mineral 36
Tabela 4.1 – Dados do motor de combustão interna 43
Tabela 4.2: Dados do gerador 43
Tabela 4.3: Nomenclatura das amostras empregadas nos testes 57
Tabela 4.4: Duração dos testes de consumo de combustível 58
Tabela A.1 – Valores Máximos de Potências e Incertezas 97
Tabela A.2 – Vazão mássica e incertezas associadas para os combustíveis testados 98
Tabela A.2 – Vazão mássica e incertezas associadas para os combustíveis testados 98
Tabela A.3 – Consumo especifico de combustível para os combustíveis testados 99
Tabela A.4: Incerteza da medição de CO2 para os combustíveis testados 101
Tabela A.5: Incerteza da medição de CO para os combustíveis testados 102
Tabela A.6: Incerteza da medição de O2 para os combustíveis testados 105
Tabela A.7: Incerteza da medição de HC para os combustíveis testados 105
Tabela B.1: Consumo B0 – Teste1 108
x
Tabela B.2: Consumo B0 – Teste2 109
Tabela B.3: Consumo B0 – Teste3 110
Tabela B.4: Consumo B5S – Teste1 111
Tabela B.5: Consumo B5S – Teste2 112
Tabela B.6: Consumo B5S – Teste3 113
Tabela B.7: Consumo B20S – Teste1 114
Tabela B.8: Consumo B20S – Teste2 115
Tabela B.9: Consumo B20S – Teste3 116
Tabela B.10 Consumo B35S – Teste1 117
Tabela B.11: Consumo B35S – Teste2 118
Tabela B.12: Consumo B35S – Teste3 119
Tabela B.13 Consumo B50S – Teste1 120
Tabela B.14: Consumo B50S – Teste2 121
Tabela B.15: Consumo B50S – Teste3 122
Tabela B.16: Consumo B50S – Teste1 123
Tabela B.17: Consumo B50S – Teste2 124
Tabela B.18: Consumo B50S – Teste3 125
Tabela B.19: Consumo B50S – Teste1 126
Tabela B.20: Consumo B50S – Teste2 127
xi
Tabela B.21: Consumo B50S – Teste3 128
Tabela B.22: Consumo B5M – Teste1 129
Tabela B.23: Consumo B5M – Teste2 130
Tabela B.24: Consumo B5M – Teste3 131
Tabela B.22: Consumo B35M – Teste 1 132
Tabela B.23: Consumo B35M – Teste2 133
Tabela B.24: Consumo B35M – Teste3 134
Tabela C.1: Análise dos Gases da Exaustão B0 – Teste 1 135
Tabela C.2: Análise dos Gases da Exaustão B0 – Teste 2 135
Tabela C.3: Análise dos Gases da Exaustão B0– Teste 3 135
Tabela C.4: Análise dos Gases da Exaustão B5M – Teste 1 136
Tabela C.5: Análise dos Gases da Exaustão B5M – Teste 2 136
Tabela C.6: Análise dos Gases da Exaustão B5M – Teste 3 136
Tabela C.7: Análise dos Gases da Exaustão B20M – Teste 1 137
Tabela C.8: Análise dos Gases da Exaustão B20M – Teste 2 137
Tabela C.9: Análise dos Gases da Exaustão B20M – Teste 3 137
Tabela C.10: Análise dos Gases da Exaustão B35M – Teste 1 138
Tabela C.11: Análise dos Gases da Exaustão B35M – Teste 2 138
Tabela C.12: Análise dos Gases da Exaustão B35M – Teste 3 138
xii
Tabela C.13: Análise dos Gases da Exaustão B5S – Teste 139
Tabela C14: Análise dos Gases da Exaustão B5S – Teste 2 139
Tabela C.15: Análise dos Gases da Exaustão B5S – Teste 3 139
Tabela C.16 Análise dos Gases da Exaustão B20S – Teste 1 140
Tabela C17: Análise dos Gases da Exaustão B20S – Teste 2 140
Tabela C.18: Análise dos Gases da Exaustão B20S – Teste 3 140
Tabela C.19: Análise dos Gases da Exaustão B35S – Teste 1 141
Tabela C20: Análise dos Gases da Exaustão B35S – Teste 2 141
Tabela C.21: Análise dos Gases da Exaustão B35S – Teste 3 141
Tabela C.22: Análise dos Gases da Exaustão B50S – Teste 1 142
Tabela C23: Análise dos Gases da Exaustão B50S – Teste 2 142
Tabela C.24: Análise dos Gases da Exaustão B50S – Teste 3 142
Tabela C.25: Análise dos Gases da Exaustão B85S – Teste 1 143
Tabela C26: Análise dos Gases da Exaustão B85S – Teste 2 143
Tabela C.27: Análise dos Gases da Exaustão B85S – Teste 3 143
xiii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Processo de Transesterificaçã 3
Figura 1.2 – Disponibilidade de Biodiesel pela Petrobras no Brasil 7
Figura 1.3 – Capacidade de produção de biodiesel na Alemanha 10
Figura 1.4 – Postos de distribuição de biodiesel nos Estados Unidos 13
Figura 3.1 – Reação De Transesterificação Para Produção De Biodiesel 35
Figura 4.1 – Esquema Geração de energia elétrica com grupo motor gerador 42
Figura 4.2 – Detalhes do motor de combustão interna 44
Figura 4.3 – Vista da sala de controle 45
Figura 4.4 – Vista do banco de resistências e eletro-ventilador 46
Figura 4.5 – Analisador de energia elétrica medidas de tensão, corrente e freqüência 47
Figura 4.6: Placa de orifício 48
Figura 4.7 – Termopar localizado na entrada da placa de orifício 49
Figura 4.8 – Termopar localizado na entrada do filtro de ar 50
Figura 4.9 – Termopar localizado na exaustão e filtro aquecido do gás de amostra 50
Figura 4.10 – Oscilógrafo digital utilizado para aquisição de dados 51
Figura 4.11 – Barômetro de Torricelli 51
Figura 4.12 – Balança digital 52
Figura 4.13 – Opacímetro 52
Figura 4.14 – Analisador de hidrocarbonetos totais e metano 55
Figura 4.15 – Analisador de monóxido de carbono, dióxido de carbono e oxigênio 55
xiv
Figura 4.16 – Analisador óxido nítrico e dióxido de nitrogênio 55
Figura 5.1 – Variação da Massa Específica Com a Concentração de Biodiesel 63
Figura 5.2 – Variação viscosidade com a Concentração de Biodiesel 65
Figura 5.3 – Variação do Índice de Cetano com percentual de Biodiesel 67
Figura 5.4 – Curva de Destilação: Óleo Diesel Mineral e Biodiesel de Mamona 68
Figura 5.5 – Curva de Destilação: Óleo Diesel Mineral e Biodiesel de Fritura 69
Figura 5.6 – Variação da temperatura de 10% de volume evaporado (T10) 70
Figura 5.7 – Variação da temperatura de50% de volume evaporado (T50) 70
Figura 5.8 – Variação da temperatura de 85% de volume evaporado (T85) 71
Figura 5.9 – Variação da temperatura de 90% de volume evaporado (T90) 71
Figura 5.10 – Variação do teor de enxofre com a concentração de biodiesel 73
Figura 5.11 – Variação da massa de combustível consumida com a carga aplicada ao
motor operando com biodiesel de mamona 76
Figura 5.12 – Variação da massa de combustível consumida com a carga aplicada ao
motor operando com biodiesel de soja 76
Figura 5.13 – Razão Ar/Combustível – motor operando com biodiesel de mamona 77
Figura 5.14 – Razão Ar/Combustível –motor operando com biodiesel de soja 78
Figura 5.15 – Consumo Específico de Combustível – motor operando com Biodiesel
de mamona 79
Figura 5.16 – Consumo Específico de Combustível – motor operando com Biodiesel
de soja 79
Figura 5.17 – Concentração de dióxido de carbono na exaustão com o motor
operando com biodiesel de mamona 81
Figura 5.18 – Concentração de dióxido de carbono na exaustão com o motor
xv
operando com biodiesel de soja 81
Figura 5.19 – Variação da concentração de monóxido de carbono na exaustão com
a carga aplicada ao motor operando com biodiesel de mamona 82
Figura 5.20 – Variação da concentração de monóxido de carbono na exaustão com
o motor operando com biodiesel de soja 83
Figura 5.21 – Variação da concentração de monóxido de carbono na exaustão com
o motor operando com biodiesel de mamona 84
Figura 5.22 – Variação da concentração de oxigênio na exaustão com o motor
operando com biodiesel de soja 84
Figura 5.23 – Variação da concentração de hidrocarbonetos totais na exaustão com
o motor operando com biodiesel de mamona 85
Figura 5.24 – Variação da concentração de hidrocarbonetos totais na exaustão com
o motor operando com biodiesel de soja 86
Figura 5.25 – Variação da concentração de óxidos de nitrogênio na exaustão com o
motor operando com biodiesel de óleo de fritura 87
Figura 5.26 – Variação da opacidade do gás de exaustão com o motor operando
com biodiesel de óleo de fritura 88
xvi
NOMENCLATURA
CN Número de cetano (adimensional)
CO Monóxido de carbono (ppm)
CO2 Dióxido de carbono (%)
CH4 Metano (%)
f Freqüência (Hz)
HC Hidrocarbonetos (ppm)
IC Índice de cetano (adimensional)
IfA Corrente de fase (A)
N2 Nitrogênio (%)
n número de resoluções do campo de excitação (adimensional)
np número de pólos (adimensional)
nc número átomos de carbono por mol de combustível (adimensional)
nh número átomos de hidrogênio por mol de combustível (adimensional)
nc... nh número de moles da espécie do produto correspondente (mol)
NO Óxido nítrico (ppm)
NO2 Dióxido de nitrogênio (ppm)
NOx Óxidos de nitrogênio (ppm)
O2 Oxigênio (ppm)
OH Hidroxila (ppm)
P3ϕ Potência trifásica (kW)
SFC Consumo específico de combustível (kg/kW.h)
SO2 Dióxido de enxofre (ppm)
t Tempo (s)
T10 Temperatura da curva de destilação correspondente à evaporação de 10%
do volume de combustível (°C)
xvii
T50 Temperatura da curva de destilação correspondente à evaporação de 50%
do volume de combustível (°C)
T85 Temperatura da curva de destilação correspondente à evaporação de 85%
do volume de combustível (°C)
T90 Temperatura da curva de destilação correspondente à evaporação de 90%
do volume de combustível (°C)
THC Hidrocarbonetos totais (%)
VfA Tensão de fase (V)
Vmax Tensão de pico (V)
V(t) Tensão função do tempo (V)
Símbolos Gregos
α Coeficiente de descarga (adimensional)
ε Fator de expansão do escoamento (adimensional)
η Rendimento (adimensional)
ρ Massa específica (kg/m3)
w Velocidade angular (rev/min)
Abreviaturas
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
FID Flame ionization detector – detector por ionização de chama
A/F Ar/combustível ANP Agência Nacional do Petróleo Gás Natural e Biocombustíveis
AP Ponto de anilina do combustível
ASTM ASTM International
atm Unidade de medida de pressão – Atmosfera
B0 Óleo combustível de origem mineral – Diesel
B100 Biodiesel
xviii
BF Biodiesel de fritura
BM Biodiesel de mamona
BS Biodiesel de soja
BxxF Óleo combustível composto de óleo diesel mineral xx% de biodiesel de
óleo de fritura
BxxM Óleo combustível composto de óleo diesel mineral xx% de biodiesel de
mamona
BxxS Óleo combustível composto de óleo diesel mineral xx% de biodiesel de
soja
CENPES Centro de Pesquisas da Petrobrás
CETEC-MG Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais
COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pos-Graduacao e Pesquisa de
Engenharia
DQ/FIASA Divisão de Química da Fiat Automóveis S/A
GAPI Grau API (American Petroleum Institute) de classificação do petróleo
H2O Água
ISO International Organization for Standardization
LEC-UFMG Laboratório de Ensaios de Combustíveis da UFMG
LMT Labatório de Materiais da Escola de Química da UFRJ
PNPB Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel
PROÓLEO Programa Nacional de Produção de Óleos Vegetais para Fins Energéticos
RME Rapeseed Methyl Ester
SAE Brasil Sociedade de Engenharia e Tecnologia da Mobilidade
SOF Soluble Organic Fractions – frações orgânicas solúveis
STI/MIC Secretaria de Tecnologia Industrial do Ministério da Indústria e Comércio
UFC Universidade Federal do Ceará
UFMG Universidade Federal de Minas Gerais
UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 PRÓLOGO
Em 1893, Rudolf Christian Karl Diesel publica um estudo em que descreve um
motor com maior rendimento térmico, comparado com as máquinas a vapor e os
motores do ciclo Otto. Este motor, patenteado na Alemanha sob o n. 67207, é um
motor de ignição por compressão, comumente chamado de motor diesel. Rudolf
Diesel considerava que o motor poderia usar uma grande variedade de combustível,
incluindo a poeira de carvão. Em 1900, na Exposição Mundial de Paris, demonstrou
aquela possibilidade operando um motor diesel com óleo de amendoim. As
imposições aos combustíveis usados nos motores diesel são a capacidade de fluir
nos condutos de alimentação de combustível e de lubrificar adequadamente a
bomba injetora e os injetores.
1.2 BIODIESEL
Óleos, em um sentido geral, são compostos químicos não miscíveis com água
em estado líquido na temperatura ambiente de 23° C. Podem ser de origem mineral
– petróleo – vegetal ou animal. Os óleos e as gorduras vegetais são substâncias
compostas de triglicerídeos, derivado das plantas. São ésteres de glicerina e uma
mistura de ácidos graxos solúveis em solventes orgânicos. Um éster é o produto da
2
reação de um ácido, geralmente orgânico, com um álcool. Os ésteres mais comuns
que se encontram na natureza são as gorduras e os óleos vegetais, que são ésteres
de glicerol e de ácidos graxos. O uso de óleos vegetais como combustível de
motores diesel remonta ao primeiro experimento realizado por Rudolph Diesel que,
em 1895, fez girar pela primeira vez um motor de combustão por compressão
usando óleo de amendoim.
O biodiesel é definido como um combustível composto de mono-alquilésteres
de ácidos graxos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou de gorduras
animais. A Lei n. 11.097, de 13 de janeiro de 2005, que dispõe sobre a introdução do
biodiesel na matriz energética brasileira, o define como “biocombustível derivado de
biomassa renovável para uso em motores de combustão interna com ignição por
compressão ou, conforme o regulamento, para geração de outro tipo de energia, que
possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil”.
O biodiesel pode ser obtido por diferentes processos, dentre os quais se pode
citar o craqueamento e a transesterificação. O craqueamento ou pirólise é um
processo térmico através do qual uma molécula orgânica complexa (hidrocarbonetos
pesados) modifica-se em moléculas mais simples (hidrocarbonetos leves). A
transesterificação é o processo de trocar no grupo alcoíla oxigenada, ou alquila
(CnH2n+1), um composto éster por um álcool, como mostra o esquema da Fig. 1.1.
Estas reações são normalmente catalisadas pela adição de um ácido ou de uma
base.
Figura 1.1: Processo de transesterificação
3
O processo de transesterificação baseia-se na reação química decorrente da
mistura de um triglicerídeo com um álcool na presença de um catalisador que pode
ser alcalino ou ácido. Estes álcoois são, preferivelmente, da cadeia de C1 a C6,
podendo ser metanol, etanol, isopropanol ou butanol, dentre outros. No processo de
transesterificação para a obtenção do biodiesel, os triglicerídeos dos óleos vegetais
são convertidos em mono-alquilésteres. Nos Estados Unidos e Canadá e na Europa
utiliza-se álcool metílico (metanol) na transesterificação; no Brasil utiliza-se o
metanol e também o álcool etílico (etanol).
O biodiesel pode ser produzido a partir de gorduras animais ou de óleos
vegetais. Várias são as espécies vegetais oleaginosas que podem ser utilizadas. No
Brasil tem sido produzido biodiesel de mamona, dendê, girassol, babaçu, amendoim,
pinhão manso, nabo forrageiro e soja, dentre outras fontes.
1.3 OBJETIVOS E METAS
A presente dissertação tem por objetivo geral comparar, através de testes em
laboratório, o consumo de combustível e a emissão de poluentes de um grupo
motor-gerador utilizando combustível diesel convencional e biodiesel para geração
de energia elétrica. A dissertação tem como objetivos específicos:
• caracterizar as emissões de poluentes de um motor diesel operando com
combustíveis constituídos de diferentes concentrações de biodiesel em óleo
diesel mineral;
4
• comparar o consumo de combustível de motores diesel operando com
combustíveis compostos de misturas de biodiesel em óleo diesel mineral em
diferentes concentrações;
• determinar as características físico-químicas das misturas de biodiesel
utilizadas.
Os objetivos desta dissertação visam atingir as seguintes metas:
• verificar o atendimento às legislações ambientais vigentes e futuras para
emissões de poluentes de motores diesel usados para geração de energia
elétrica;
• gerar informações que contribuam para especificações de biodiesel
condizentes com a realidade econômica e o potencial de produção no Brasil.
1.4 VISÃO GERAL DO BIODIESEL NO BRASIL E NO MUNDO
1.4.1 O Biodiesel no Brasil
As primeiras referências sobre o uso de óleos vegetais no Brasil datam da
década de 20, do século XX. Posteriormente algumas pesquisas foram
desenvolvidas no Instituto Nacional de Tecnologia, no Instituto de Óleos do
Ministério da Agricultura e no Instituto de Tecnologia Industrial de Minas Gerais.
Neste último, em 1950, registraram-se estudos sobre o uso dos óleos de ouricuri –
Syagrus coronata – palmeira de até 10m, nativa do Brasil (PI, PE a MG) e de
mamona e algodão, em motor diesel de seis cilindros. Em 1978, Expedito José de
Sá Parente, então professor da Universidade Federal do Ceará (UFC), desenvolveu
5
uma técnica de produção de biodiesel a partir do óleo de algodão. Em 1980 o
professor Expedito Parente requereu patente para o processo desenvolvido, que foi
homologada no Brasil em 1983. Em Minas Gerais, a Fundação Centro Tecnológico
de Minas Gerais – CETEC MG – desde o início dos anos 80 desenvolve estudos
com oleaginosas para produção de biocombustível.
Em 1980 a Resolução n. 7 do Conselho Nacional de Energia instituiu o
Programa Nacional de Produção de Óleos Vegetais para Fins Energéticos –
PROÓLEO. Entre outros objetivos, pretendia-se substituir óleo diesel por óleos
vegetais em mistura de até 30% em volume, incentivar a pesquisa tecnológica para
promover a produção de óleos vegetais nas diferentes regiões do país e buscar a
total substituição do óleo diesel mineral por óleos vegetais. Inicialmente deu-se
maior atenção à soja; a partir de 1981, ao amendoim e, em 1982, a colza e girassol.
Em 1986, passou-se para o dendê.
Também no início da década de 80 do século XX, a Secretaria de Tecnologia
Industrial do Ministério da Indústria e Comércio (STI/MIC) desenvolveu e lançou o
Programa Nacional de Alternativas Energéticas Renováveis de Origem Vegetal. Do
Programa constavam linhas de ação relacionadas aos óleos vegetais combustíveis,
que levaram ao Programa Nacional de Óleos Vegetais – Programa OVEG – voltado
especificamente para a comprovação da viabilidade técnica do uso dos óleos
vegetais em motores do ciclo Diesel.
A Agência Nacional do Petróleo Gás Natural e Biocombustíveis – ANP –,
através do Regulamento Técnico ANP Nº 2/2003, anexo da Portaria ANP Nº 255, de
15/9/2003, estabeleceu as características do biodiesel – B100 – comercializado no
Brasil para ser adicionado ao diesel mineral.
6
Em 6 de dezembro de 2004, o Governo Federal lançou o Programa Nacional
de Produção e Uso de Biodiesel – PNPB. É um programa interministerial com o
objetivo de implementar de forma sustentável, tanto técnica como econômica, a
produção e uso do biodiesel no Brasil. No tópico “Desenvolvimento Tecnológico do
PNPB” está previsto o Programa de Testes e Ensaios com Motores, no sentido de
avaliar a viabilidade do aumento gradativo do biodiesel na mistura com o diesel.
Outro programa previsto é “Caracterização e Controle de Qualidade do
Combustível”, visando a praticidade e economicidade do óleo in natura, dos
combustíveis oriundos de diversas matérias-primas e suas misturas, com análise da
qualidade segundo critérios e normas estabelecidos e o desenvolvimento de
metodologias para análise e controle de qualidade. O biodiesel foi introduzido na
matriz energética brasileira pela Lei nº 11.097, de 13/1/2005, que fixa em 5% o
volume de biodiesel a ser adicionado ao diesel mineral em um prazo de 8 (oito)
anos, ou seja, 2013, e 3 (três) anos para adição de 2%, isto é, a partir de 2008.
O Centro de Pesquisas da Petrobras – CENPES – desenvolve duas linhas de
pesquisa inéditas referentes à produção de biodiesel, empregando o etanol como
reagente. A primeira delas visa simplificar o processo utilizado atualmente na
indústria, para produção do biodiesel a partir dos óleos vegetais. A segunda tem
como objetivo produzir o biodiesel diretamente da semente da mamona, buscando
aumentar o rendimento do processo e reduzir ainda mais os custos.
Com duas unidades semi-industriais de produção, a Planta Experimental de
Biodiesel da Petrobras opera, desde maio de 2006, no Pólo Industrial de Guamaré,
Rio Grande do Norte. Sua capacidade é de até 15 milhões de litros de biodiesel por
ano. Suas unidades industriais de produção de biodiesel estão sendo implantadas
em Candeias (BA), Montes Claros (MG) e Quixadá (CE) e, juntas, produzirão 171
7
milhões de litros de biodiesel por ano e deverão ser inauguradas até o fim de 2007.
A Fig. 1.2 apresenta a presença regional da Petrobras para produção e distribuição
de biodiesel no País, até 2005. A Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e
Biocombustíveis – ANP – registrava, em janeiro de 2007, uma capacidade instalada
de produção de biodiesel no Brasil de 638.820 m3/ano e uma produção média de
2.129,4 m3/dia em plantas localizadas em vários estados do País (Tabela 1.1).
Figura 1.2 – Disponibilidade de Biodiesel pela Petrobras no Brasil Fonte- janeiro
2007:
http://www2.petrobras.com.br/petrobras/portugues/perfil/perfil_biodisel.htm
8
Tabela 1.1: Capacidade Autorizada de Plantas de Produção de Biodiesel
Empresa Local Capacidade Autorizada
(m³/dia)
Capacidade Estimada(10³ m³/ano)*
Soyminas Cássia/MG 40 12
Agropalma Bélem/PA 80 24
Brasil Biodiesel Teresina/PI 2 0,6
Biolix Rolândia/PR 30 9
Brasil Ecodiesel Floriano/PI 135 40,5
NUTEC Fortaleza/CE 2,4 0,72
Fertibom Catanduva/SP 40 12
Renobras Dom Aquino/MT 20 6
Granol Campinas/SP 133 39,9
Granol Anápolis/GO 333,3 100
Biocapital Charqueada/SP 186 55,8
IBR Simões Filho/BA 65 19,5
Brasil Ecodiesel Crateús/CE 360 108
Dhaymers Taboão da Serra/SP 26 7,8
Brasil Ecodiesel Iraquara/BA 360 108
PonTe di Ferro Taubaté/SP 90 27
Barralcóol Barra do Bugres/MT 166,7 50
Binatural Formosa/GO 30 9
Fusermann Barbacena/MG 30 9
*300 dias de operação
Fonte, janeiro 2007:
http://www.anp.gov.br/petro/capacidade_plantas.asp
9
Vários setores da sociedade brasileira, notadamente as entidades ligadas ao
tema da tecnologia, estão envolvidos na discussão, estudo, formulação e divulgação
de conhecimentos ligados à produção e utilização de biodiesel. A Universidade
Federal de Lavras e a Prefeitura de Varginha promoveram, em julho de 2007, o 4º
Congresso Brasileiro de Plantas Oleaginosas, Óleos, Gorduras e Biodiesel. A SAE
Brasil – Sociedade de Engenharia e Tecnologia da Mobilidade – apresenta, através
da revista Engenharia Automotiva e Aeroespacial (SAE, 2006), uma avaliação do
biodiesel com a participação de especialistas, onde se pode notar a preocupação
com o uso de óleos de biomassas como combustíveis.
Quantificar e correlacionar os gases emitidos por motores de combustão por
compressão com os elementos que constituem o combustível de alimentação destes
motores é um meio indireto de definir a qualidade, a economicidade, a emissão de
gases poluentes e o nível de fumaça emitido na exaustão. Conhecer o desempenho
de motores usando biodiesel e compará-la com o desempenho destes mesmos
motores usando diesel mineral é um estudo necessário para o desenvolvimento de
motores de combustão por compressão, alimentados com biodiesel.
1.4.2 O Biodiesel na Europa
O uso de óleo de biomassa como combustível é presente na Europa desde a
invenção do motor de ignição por compressão. Na década de 50 do século passado,
os combustíveis de origem vegetal representavam uma parte significativa do
consumo. Seu uso foi progressivamente abandonado devido à redução do preço dos
combustíveis fósseis. Nos últimos vinte anos há um renovado e decisivo interesse
sobre os biocombustíveis por uma razão de independência energética em relação ao
10
petróleo e, também, para minimizar a poluição urbana. Os biocombustíveis têm,
ainda, um custo de produção elevado, mas sua utilização parece inexorável devido à
necessidade de reduzir o efeito estufa e o consumo de petróleo, principalmente no
setor de transporte.
A Comunidade Européia propôs, em 2003, utilizar, no transporte terrestre, 2%
de biocombustível a partir de 2005, chegando a 5,75% no ano 2010. A França
adotou um calendário de utilização mais intenso, prevendo 2% para 2007, 5,45%
em 2008, 7% em 2010 e 10% em 2015. A Alemanha, com investimento próprio de
6,5 milhões de Euros em 2005, é líder mundial na tecnologia de produção de
biodiesel. A capacidade de produção de biodiesel, na Alemanha, é mostrada na Fig.
1.3. A produção de biodiesel na Europa é mostrada na Tabela 1.2.
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006ANO
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
CA
PA
CID
AD
E D
E P
RO
DU
ÇÃO
(to
n×10
3 )
Figura 1.3: Capacidade de produção de biodiesel na Alemanha
(Fonte: UNION ZUR FÖRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E. V. –
UFOP – 2006). http://www.ufop.de/
11
Tabela 1.2: Capacidade de produção de biodiesel na Europa
CAPACIDADE DE PRODUÇÃO
(ton) PAÍS
2003 2004 2005 2006 2007
Alemanha 1035 1205 2016 3603 4033
Itália 320 914 1038 1038 1038
Grã-Bretanha 9 31 517 660 910
França 348 434 434 594 894
Espanha 13 91 151 322 422
Áustria 57 122 127 127 127
República Tcheca 60 112 112 112 112
Letônia N/D 3 106 106 286
Dinamarca 70 70 100 100 100
Portugal N/D 100 100 100 100
Grécia N/D N/D 80 80 80
Eslováquia 15 35 57 57 57
Lituânia 5 N/D 10 10 10
Suécia 1 5 5 81 81
Bélgica, Holanda, Luxemburgo N/D N/D 3 288 388
Estônia N/D N/D N/D N/D 110
Finlândia N/D N/D N/D N/D 170
Irlanda, Malta, Chipre, Eslovênia, Hungria N/D N/D N/D N/D N/D
TOTAL 1933 3122 4856 7278 8918
% Alemanha 54% 39% 42% 50% 45%
(Fonte: UNION ZUR FÖRDERUNG VON OEL- UND PROTEINPFLANZEN E. V. –
UFOP – 2006). http://www.ufop.de/
12
1.4.3 O Biodiesel nos Estados Unidos
O Congresso dos Estados Unidos aprovou, em 8 de agosto de 2005, a Lei
Pública n. 109-58, descrita pelos proponentes como tentativa de combater os
problemas crescentes de energia, dentre eles a dependência do petróleo do oriente
médio. A Lei prevê incentivos fiscais e garantias de empréstimo para a produção de
energia de vários tipos. Dentre as várias ações a serem tomadas pelas Secretarias
de Estado se evidencia para a Secretaria de Energia:
– estabelecer parceira entre fabricantes de veículos diesel, de sistemas de
injeção diesel e de motores diesel com fornecedores de biodiesel para incluir no
seus desenvolvimentos testes com biodiesel;
– conduzir um programa de pesquisa, desenvolvimento, demonstração e
aplicação comercial de bioenergia, incluindo sistemas de bioenergia,
biocombustíveis, bioprodutos e biorefinarias integradas capazes de produzir
bioenergia, biocombustíveis e bioprodutos;
– estabelecer programa de demonstração da viabilidade de geração de energia
elétrica com biodiesel em instituições de ensino.
Para a Secretaria de Agricultura as seguintes ações foram traçadas:
– estabelecer programas de desenvolvimento e pesquisas em biomassa;
– implantar programa de educação e divulgação de biocombustíveis.
A Lei estabelece, ainda, incentivos fiscais para produção de energias de
biomassa e para o uso de biodiesel em veículos automotores. A produção de
biodiesel nos Estados Unidos passou de 25 milhões, em 2004, para 75 milhões de
toneladas, em 2005. Isto ocorreu, principalmente, devido aos incentivos fiscais para
13
energia alternativa – “The Blenders Credit”. A Fig. 1.4 mostra a localização dos
postos de distribuição de biodiesel nos Estados Unidos.
Figura 1.4: Postos de distribuição de biodiesel nos Estados Unidos
Fonte, maio 2007: http://www.biodiesel.org/buyingbiodiesel/retailfuelingsites/
1.5 ESCOPO DA DISSERTAÇÃO
O Capítulo 2 deste trabalho apresenta a revisão bibliográfica de outras
pesquisas realizadas sobre o desempenho no que tange o consumo, a potência, o
torque e as emissões de motores de combustão por compressão alimentados com
óleos de origem mineral e biodiesel.
O Capítulo 3 apresenta a análise teórica sobre o assunto, onde são
abordados alguns métodos de modelagem dos motores do Ciclo Diesel e de
determinação das propriedades do combustível.
14
O Capítulo 4 descreve a metodologia experimental, o aparato utilizado e os
procedimentos adotados nos testes realizados.
O Capítulo 5 mostra os resultados dos experimentos e compara com
trabalhos de outros autores, acompanhado das discussões pertinentes.
O Capítulo 6 traz as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
O Apêndice A apresenta a análise de incertezas relevantes para a conclusão
desta dissertação.
Os Apêndices B e C trazem os resultados dos testes de consumo de
combustível e emissões, respectivamente, realizados nos laboratórios da PUC-
MINAS.
O Apêndice D apresenta os resultados dos testes de viscosidade e massa
específica realizados no Laboratório Químico da Fiat Automóveis S/A.
Os Anexos I e II trazem os resultados das análises físico-químicas das
misturas, realizadas pelos laboratórios da UFMG e da UFRJ.
15
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 PRÓLOGO
Vários autores estudaram a relação entre o desempenho e emissões de
motores diesel e as características dos óleos combustíveis. Óleos vegetais ou
animais de diferentes origens apresentam características distintas e, quando
utilizados nos motores com ignição por compressão, produziram resultados variados.
Os resultados correlacionados com os objetivos desta pesquisa e, mais
significativos, são mencionados a seguir.
2.2 PROPRIEDADES DO BIODIESEL
O combustível ideal dos motores diesel deve ter boa fluidez na faixa de
temperatura de operação do motor, ser livre de qualquer contaminante e cera,
proporcionar fácil ignição e queima limpa e econômica. O combustível diesel
destilado de petróleo tem viscosidade entre 3 e 10 kg/m.s, tensão superficial em
torno de 3×10-2 N/m2 e massa específica 800 kg/m3 como valores típicos (Owen e
Coley, 1995). Características como massa específica, viscosidade e presença de
metais não foram, ainda, definidas para o biodiesel no Brasil (ANP, 2003). A
viscosidade é uma característica importante dos combustíveis, uma vez que
influencia na pulverização e formação das gotas na câmara de combustão.
Conceição at al (2005), em estudo reológico do biodiesel de mamona, mediram
viscosidade maior para este biodiesel comparado-o com o óleo diesel mineral.
16
2.3 DESEMPENHO E EMISSÕES DE MOTORES UTILIZANDO BIODIESEL
Ziejeweski e Kaufman (1983) realizaram testes com motores de combustão
interna com injeção direta – DI – alimentado com uma mistura de 25% óleo vegetal
de girassol em óleo diesel mineral. Observou-se, em relação à operação com óleo
diesel mineral, uma redução prematura do desempenho do jato de injeção, acúmulo
de carvão no sulco dos anéis de compressão e sobre a cabeça dos pistões e queda
da pressão do jato de injeção.
Vários autores, dentre os quais Haas at al (2001), publicaram trabalhos
demonstrando que o uso de óleos de origem vegetal ou animal, modificados pelo
processo de transesterificação – biodiesel – reduzem as emissões de compostos de
carbono e material particulado (PM) e aumentam as emissões de óxidos de
nitrogênio (NOX).
McCormic at al (2001) realizaram um estudo sobre os efeitos nas emissões
de veículos pesados utilizando quatorze óleos de diferentes origens. Os autores
afirmam que a estrutura molecular do biodiesel tem impacto substancial sobre as
emissões. As emissões de PM e NOX aumentaram com o aumento da massa
específica do biodiesel. O número de cetano – CN – não tem influência sobre a
emissão de PM, entretanto, o aumento no seu valor faz diminuir as emissões de
NOX.
Babu e Devaradjane (2003) demonstraram que a utilização de óleos vegetais
em motores de combustão por compressão promove a formação de depósitos de
carbono, comprometendo a durabilidade e reduzindo a eficiência térmica dos
motores. A redução da eficiência térmica é prevalecente nos motores com injeção
direta. Nestes motores a razão da mistura ar-combustível – A/F – depende, em sua
17
maior parte, dos pequenos furos calibrados dos bicos injetores. Entretanto, devido à
sua longa estrutura da cadeia de carbono, os óleos vegetais apresentam boas
características de ignição.
Song at al (2004) observaram que o enriquecimento do ar de admissão com
oxigênio e a oxigenação do combustível através da estrutura linear são eficazes
para a redução da emissão de fuligem e material particulado de motores diesel. Com
sua estrutura linear, os ésteres de glicol – biodiesel – podem ser mais eficazes para
a redução da fuligem do que uma adição equivalente de oxigênio no combustível.
Através de experimentos em um grupo gerador de energia elétrica com motor
diesel, Çetinkaya e Karaosmanoğlu (2005) obtiveram resultados que mostram a
redução de fuligem produzida pelo motor com o uso de biodiesel de óleo de fritura
puro – B100 – na proporção de 20% em óleo diesel mineral. O consumo específico
de combustível foi maior para B100 e B20 quando comparado com o óleo diesel
mineral – B0.
Szybista at al (2005) concluíram que um retardo no sincronismo da injeção
produz resultados benéficos quando se usa biodiesel como combustível nos motores
de ignição por compressão.
Tsolakis (2006) realizou experimentos com óleo diesel e biodiesel de colza
em um motor com recirculação dos gases de descarga (EGR). Demonstrou que o
EGR propicia uma redução nas emissões de material particulado e NOX.
O ajuste de múltiplos parâmetros é uma estratégia para melhorar as emissões
e a eficiência da combustão do biodiesel. Leung at al (2006) realizaram
experimentos em um motor de um cilindro alterando o sincronismo da injeção, o
diâmetro do atuador e a pressão da injeção, para verificar a influência destes
parâmetros nas emissões de NOX, PM e hidrocarbonetos (HC). Constataram que,
18
aumentando o diâmetro do atuador da bomba de injeção, tendo por conseqüência a
variação de quatro graus do eixo de manivelas no sincronismo da injeção, e
elevando a pressão de injeção, produzindo uma queima próxima do ponto morto
superior (PMS), aumenta a eficiência da queima do combustível. Com ajustes
adequados, o motor diesel abastecido puramente com biodiesel pode produzir
emissões de HC, NOX, e PM mais baixas em relação ao óleo diesel mineral.
Visando a adequação do motor ao biodiesel, Kegl (2006) realizou
experimentos em um motor diesel originalmente utilizado como propulsor de ônibus.
Utilizou biodiesel produzido de canola. O foco foi direcionado para a determinação
do sincronismo ótimo da bomba de injeção, tendo como parâmetros principais as
emissões de poluentes e o consumo de combustível do motor. As características
obtidas com o biodiesel foram comparadas com aquelas do óleo diesel mineral com
2% de biodiesel (B2). Os resultados mostraram que o motor, mantido seus
parâmetros originais, teve suas características alteradas negativamente quando o
combustível B2 foi substituído por 100% biodiesel (B100). Foi possível obter um
ajuste do sincronismo da injeção para o B100 que reduziu significativamente as
emissões de HC, NOX e fuligem. Uma discreta redução da emissão de monóxido de
carbono (CO) foi observada com o uso do B100, enquanto foram mantidas
inalteradas a potência e a temperatura dos gases de exaustão. A eficiência térmica
do motor foi ligeiramente aumentada pela utilização do B100 e, um aumento da
ordem de 10% no consumo específico de combustível, foi verificado.
Uma análise numérica, empregando um modelo matemático unidimensional
para modelar misturas de biodiesel e óleo diesel mineral, foi também realizada por
Kegl (2006). As expressões empregadas no modelo para determinar as
propriedades dos combustíveis foram confirmadas por experimentos. A análise dos
19
resultados demonstra que, ao manter o desempenho de motor dentro de limites
aceitáveis, as emissões prejudiciais podem ser reduzidas ajustando-se,
apropriadamente, o sincronismo da injeção da bomba, considerando a concentração
de biodiesel utilizada.
A redução da fuligem em motores diesel usando misturas de 30% e 70% de
biodiesel em óleo diesel mineral foi constatada por Armas at al (2006).
2.4 ESTADO DA ARTE
O biodiesel é uma alternativa importante para a redução das emissões dos
motores com ignição por compressão. A ausência de enxofre na sua formulação é,
já, um ganho significativo para a redução de compostos sulfurados. As
características de um motor diesel, em todos os regimes de funcionamento, variam
significativamente quando alimentado com puro biodiesel – B100 – no lugar de óleo
diesel mineral. Estas variações dependem da sincronização da bomba de injeção de
combustível. Devido ao baixo poder calorífico do biodiesel, a potência efetiva do
motor se reduz e seu consumo específico aumenta com o uso de B100 (Cardone at
al, 2002), enquanto sua eficiência térmica permanece constante. A temperatura dos
gases de exaustão permanece inalterada e a pressão nos cilindros é menor com
B100 (Kegl, 2006).
20
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 PRÓLOGO
Neste capítulo são correlacionadas as características do óleo diesel mineral e
do biodiesel com o consumo de combustível e a emissão de poluentes na exaustão
do motor. Preliminarmente são apresentados os fundamentos teóricos da geração
de energia elétrica, incluindo considerações sobre a conversão eletromecânica de
energia e a mensuração de potência elétrica. Tais considerações, embora
elementares, visam facilitar a compreensão da operação do motor de combustão
interna com ignição por compressão acionando um gerador de energia elétrica.
3.2.1 PRINCÍPIOS DE OPERAÇÃO DE GRUPO GERADOR
Grupo motor-gerador é a denominação genérica que se dá a um conjunto
formado por um motor de combustão interna e um gerador de energia elétrica. O
motor de combustão interna converte a energia química do combustível em energia
mecânica. O gerador, acoplado mecanicamente ao motor, transforma a energia
mecânica em energia elétrica.
3.2.1 Conversão Eletromecânica de Energia
O princípio da conservação de energia, juntamente com as leis de campos
elétricos e magnéticos, de circuitos elétricos e a segunda lei de Newton, é um meio
21
adequado para determinar as relações que caracterizam a conversão
eletromecânica de energia (Fitzgerald, 1975). A conversão eletromecânica de
energia envolve quatro formas de energia, relacionadas a seguir considerando a
conservação de energia:
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+⎥⎦
⎤⎢⎣⎡=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡
CalorConvertidaEnergia
MagnéticoCampoArmazenadaEnergia
ElétricaEnergiadeSaída
MecânicaEnergiadeEntrada
O primeiro membro desta equação representa a energia no eixo do motor de
combustão interna. O segundo membro tem na primeira parcela a quantidade de
energia efetivamente entregue à carga elétrica ligada ao gerador. A segunda parcela
representa a energia armazenada no gerador, convertida em campo magnético. A
terceira parcela reúne a energia transformada em calor. Parte da energia absorvida
pelo campo de acoplamento é convertida em calor pelas correntes induzidas nas
armaduras – estruturas móvel e fixa – do gerador. A ventilação forçada, necessária
para estabilizar a temperatura do gerador, e o atrito entre o eixo e os mancais
também produzem calor.
3.2.2 Máquinas Elétricas Rotativas – Geradores Elétricos
Os geradores elétricos são máquinas rotativas constituídas de uma parte fixa
denominada estator e uma parte móvel o rotor. Um grupo de bobinas, a armadura,
interligado de modo que as tensões nelas induzidas contribuam positivamente para
o resultado final, são enroladas em um núcleo de ferro visando minimizar as perdas
de energia devido ao fluxo magnético. O circuito magnético é completado pelo ferro
22
de outra parte da máquina onde se localizam as bobinas de excitação, também
chamadas bobinas de campo. A tensão gerada na armadura é expressa por:
tSenVVt ωmax= (3.1)
fπω 2= (3.2)
onde :
f freqüência de variação do campo de excitação (Hz)
maxV tensão máxima resultante do somatório das tensões induzidas em cada
bobina da armadura (V)
( )tV tensão instantânea (V)
ω velocidade angular da armadura (rad/s)
t tempo (s)
A freqüência f depende do número de bobinas de excitação, uma vez que
cada bobina de excitação define um par de pólos magnéticos. A equação da
freqüência é:
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
602nn
f p (3.3)
onde:
n número de revoluções do campo de excitação (min-1).
pn número de pólos;
A potência elétrica que o gerador é capaz de fornecer é uma característica
própria e depende dos seus aspectos construtivos. Esta potência é expressa em
volt-ampère (VA) e coincide com a potência em Watt (W) quando o gerador alimenta
23
uma carga elétrica puramente resistiva. Neste caso, o ângulo de defasagem entre
tensão e corrente – ϕ – é zero e 1cos =ϕ .
O rendimento do gerador é dado por (Kostenco at al, 1973):
le
l
PPP∑+
∑−= 1η (3.4)
onde:
P potência útil entregue para a carga (W);
ΣPl soma de todas as perdas, incluídas as perdas elétricas, mecânicas e
magnéticas (W).
O termo ( le PP ∑+ ) equivale à potência mecânica disponibilizada no eixo do
motor necessária para produzir a potência eP no gerador.
A potência é expressa por: , onde V é a tensão gerada e I a corrente
absorvida pela carga.
3.2.3 Requisitos do Motor Térmico
Em um grupo motor-gerador de energia elétrica, o motor térmico tem a função
de prover a energia mecânica necessária para ser convertida em energia elétrica no
gerador. A energia elétrica se manifesta sob a forma de onda senoidal com
freqüência constante, devendo o motor térmico funcionar com rotação constante. Da
Eq. (3.8) se pode deduzir a velocidade de rotação do motor n , em (rev/min):
pnfn 120
= (3.5)
24
A potência elétrica máxima fornecida pelo gerador será aquela produzida pelo
motor nesta rotação, desconsideradas as perdas.
3.3 CONSUMO DE COMBUSTÍVEL
O consumo de combustível é medido a partir do fluxo de massa de
combustível introduzido nos cilindros do motor:
dt
ddt
dmm F
FF
F∀
== ρ& (3.6)
onde:
Fm& taxa de escoamento de massa de combustível para o motor (kg/s)
dtdmF taxa de variação de massa de combustível no tanque (kg/s)
dtd F∀ taxa de variação volumétrica de combustível no tanque (m3/s)
Fρ massa específica do combustível (kg/m3)
O consumo específico de combustível é uma medida mais representativa do
desempenho do motor, pois relaciona a quantidade de combustível consumido por
unidade de potência produzida pelo motor:
b
F
PmSFC&
= (3.7)
onde:
SFC consumo específico de combustível (kg/J).
25
3.4 COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEIS PARA MOTORES DIESEL
A combustão é uma seqüência complexa de reações químicas exotérmicas
entre um combustível e um oxidante. Em uma reação de combustão completa, um
composto reage com um elemento de oxidação, tal como o oxigênio ou a fluorita, e
os produtos são compostos de cada elemento do combustível com o elemento de
oxidação. Como exemplo, a reação de combustão do dodecano – C12H26 – é assim
estabelecida:
calorOHCOOHC ++→+ 2222612 131237 (3.8)
No caso dos motores de combustão interna, como na maioria das aplicações,
o oxidante é o oxigênio presente no ar ambiente cuja composição está distribuída
como segue:
Tabela 3.1 - Principais componentes do ar seco. Fonte: Heywood, 1988.
COMPONENTE CONCENTRAÇÃO
(ppm/Volume)
MASSA
MOLECULAR
(kg/kmol)
FRAÇÃO
MOLAR
RAZÃO
MOLAR
Nitrogênio 780.900 28,012 0,7905 1,000
Oxigênio 209.500 31,998 0,2095 3,773
Argônio 9.300 38,948 -
Dióxido de Carbono 300 40,009 -
AR 1.000.000 28,962 1,0000 4,377
26
Usualmente considera-se, numa aproximação suficientemente aceitável, o ar
atmosférico composto de 21% de oxigênio (O2) e 79% de nitrogênio (N2).
3.4.1 Razão de Equivalência da Mistura
O comburente utilizado nos motores de combustão interna é o oxigênio
presente no ar introduzido no motor pelo sistema de admissão. A razão
ar/combustível é a razão entre a massa de ar e a massa de combustível admitida
pelo motor por ciclo. O parâmetro inverso é a razão combustível/ar. É um dos
principais parâmetros de definição das condições de operação do motor:
F
a
F
a
mm
mm
AF
FA
&
&==⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
−1
(3.9)
Razão estequiométrica é a relação entre a massa de ar e massa de
combustível que proporciona uma reação de combustão completa, ou seja, resulta
unicamente dióxido de carbono (CO2), vapor d’água (H2O) e nitrogênio (N2) como
produtos da combustão. Como exemplo, a combustão estequiométrica do dodecano
em ar atmosférico é assim escrita:
( ) 222222612 80,691312773,35,18 NOHCONOHC ++→++ (3.10)
27
Define-se como razão de equivalência da mistura λ a relação entre a razão
ar/combustível admitida pelo motor e a razão ar/combustível estequiométrica para o
mesmo combustível. Assim,
( )( )sFA
FA=λ (3.11)
Similarmente, a razão de equivalência da mistura combustível/ar φ é assim
definida:
( )( )sAF
AF== −1λφ (3.12)
Desse modo, a reação de combustão incompleta do dodecano para mistura
rica (quantidade de combustível acima da razão estequiométrica) ou pobre
(quantidade de combustível abaixo da requerida para a razão estequiométrica) pode
ser expressa:
( ) 222222612 773,32 cNObHaCONOHC ++→++φ
(3.13)
onde a , b e c são as concentrações dos produtos da combustão rica ( 1>φ ) ou
pobre ( 1<φ ), que, neste caso, podem ser determinadas por um balanço atômico
entre produtos e reagentes.
3.4.2 Óleo Diesel
É assim chamado o óleo combustível de origem mineral utilizado nos motores
de combustão interna com ignição por compressão. É uma mistura de
28
hidrocarbonetos obtida através de vários processos. O craqueamento e a destilação
fracionada do óleo bruto são os mais comuns. Na destilação fracionada, o óleo
combustível é obtido em temperaturas entre de 180 e 380° C. O óleo diesel derivado
de petróleo é composto de, aproximadamente, 75% hidrocarbonetos saturados e
25% hidrocarbonetos aromáticos. A fórmula química média para o combustível
diesel comum é C12H26, variando de C10H22 até C15H32. A massa específica do óleo
diesel para consumo no Brasil é de 820 até 880 kg/m3 para uso no interior e de 820
a 865 kg/m3 para uso nas metrópoles.
3.4.3 Características e Propriedades do Combustível Diesel
3.4.3 .1 Massa Específica
É um parâmetro essencial no projeto do sistema de injeção de motores com
ignição por compressão. A quantidade de energia de combustível injetada no motor
é diretamente dependente da massa específica do combustível. Para um dado motor
o aumento da massa específica do combustível implica em aumento de energia, isto
é, aumento no seu desempenho. Entretanto implica em aumento das emissões nos
gases de exaustão, notadamente, das emissões de material particulado. Uma
redução na faixa de massa específica prevista em norma permitiria ganhos
significativos nas emissões e no desempenho dos motores. No entanto, isto limitaria
o uso de componentes do óleo diesel obtido por craqueamento que são basicamente
frações pesadas. Além disso, comprometeria a oferta de óleo diesel frente a uma
demanda crescente e aumentaria os custos de produção. A massa específica varia
com a temperatura.
29
3.4.3.2 Número de Cetano
A qualidade da ignição é medida pelo tempo necessário para iniciar a
combustão, depende do projeto do motor, das condições de operação e, sobretudo,
do número de cetano – CN. O número de cetano é influenciado diretamente pela
concentração volumétrica de cetano – C16H34, n-hexadecano – presente no
combustível. O número de cetano é uma escala definida por dois hidrocarbonetos
puros, em teste previsto na norma ASTM 613 (ASTM, 2005). O cetano tem a mais
alta qualidade de ignição, igual a 100, e o heptametilnonano – C17H22 – tem a mais
baixa qualidade de ignição, igual a zero. O número de cetano tem importante
influência no processo de combustão e, conseqüentemente, nas emissões de gases
poluentes e de ruído. O CN baixo pode ser corrigido pela adição de nitratos
orgânicos, tais como amil nitrato e etil-hexil nitrato – EHN.
3.4.3.3 Índice de Cetano
Devido ao tempo necessário para realização e o alto custo dos testes para
determinação do número de cetano, uma alternativa prevista nas normas ASTM D-
976 ou D-4737 (ASTM, 2004) é o índice de cetano, que é função da massa
específica e da faixa de temperatura de ebulição. O índice de cetano é dado por:
100APIGAPCI = (3.14)
Onde:
AP ponto de anilina do combustível
APIG grau API (American Petroleum Institute) de classificação de petróleo
30
O índice de cetano não pode ser usado para combustíveis que contenham
aditivos para corrigir o número de cetano, uma vez que estes aditivos não alteram o
perfil de destilação dos combustíveis e, portanto, não influenciam o índice de cetano,
3.4.3.4 Viscosidade Cinemática
O valor adequado da viscosidade garante a lubrificação das partes móveis do
sistema de alimentação de combustível e o tamanho das gotas de combustível na
saída do bico injetor. Como a viscosidade varia com a massa específica e com a
temperatura, uma faixa de variação é admitida para a viscosidade dos combustíveis.
A viscosidade é medida segundo norma D 445 (ASTM, 2006).
3.4.3.5 Ponto de Fulgor
Pressão de vapor é a pressão parcial do vapor de um fluido que estabelece
um equilíbrio entre a fase líquida e a fase gasosa. A pressão de vapor é uma função
da temperatura do fluido. À medida que a pressão de vapor aumenta cresce a
concentração de líquido volatilizado no ar. Líquidos inflamáveis diferentes requerem
diferentes concentrações de combustível no ar para manter a combustão. O ponto
de fulgor é a temperatura mínima na qual a concentração de combustível volatilizado
é suficiente para que a combustão se propague após a sua ignição. É um dado
importante para medidas de prevenção no transporte e no armazenamento. O ponto
de fulgor limita a quantidade de componentes voláteis no óleo combustível. O ponto
de fulgor dos combustíveis é determinado pelos métodos previstos nas normas
ASTM D 93 (ASTM International, 2007) e ISO 2719 (ISO, 2002).
31
3.4.3.6 Ponto de Névoa
Basicamente o óleo diesel é formado de hidrocarbonetos parafínicos que
define sua resistência a auto-ignição. Entretanto, sob baixa temperatura, ocorre uma
cristalização destes hidrocarbonetos e o combustível se torna turvo. A temperatura
em que se inicia a cristalização do combustível define o ponto de névoa – do inglês
cloud point. A partir desta temperatura a fluidez reduz, a perda de carga nos filtros
do sistema de alimentação aumenta e alteram-se forma e dimensões das gotas na
saída do bico injetor. Conseqüentemente, ocorre redução do desempenho do motor
e aumento da emissão de particulados.
3.4.3.7 Índice de Enxofre
O enxofre faz parte dos elementos que compõem o petróleo bruto e, após a
combustão, mais de 95% se converte em dióxido de enxofre (SO2). O restante se
agrega aos particulados sob a forma de sulfatos e sulfetos. O método de medição de
enxofre no combustível diesel é definido pela norma D 4294 (ASTM, 2003) e seu
limite, no Brasil, é de 2000 ppm para uso no interior e de 500 ppm para uso
metropolitano.
3.4.3.8 Poder Calorífico
Define a massa específica de energia do combustível. O poder calorífico do
óleo diesel situa-se em torno de 43,0 MJ/kg. Numa combustão completa todo
carbono presente no combustível é convertido em CO2, todo oxigênio é convertido
32
em H2O e, havendo, todo enxofre é convertido em SO2. Para combustíveis
hidrogenados é importante determinar se H2O resultante da combustão está na fase
liquida ou gasosa, pois a fase do H2O influencia no poder calorífico. Se o H2O
formado está na fase liquida, isto é, condensado, utiliza-se o poder calorífico
superior e, se está na fase gasosa, o poder calorífico inferior (Heywood, 1988).
3.4.3.9 Resíduo de Carbono
É determinado pelo processo estabelecido pela ASTM D189 (ASTM, 2006) e
ASTM D 524 (ASTM, 2004). Na destilação em baixa temperatura do petróleo bruto
para produção de óleo diesel, os últimos 10% da fração destilada são
predominantemente componentes orgânicos. O resíduo de carbono indica a
tendência do combustível para formar depósitos no bico injetor.
3.4.4 Biodiesel
O uso de combustíveis ditos renováveis, isto é, que se pode produzir em
breve escala de tempo e condições ambientais idênticas àquelas do momento de
uso destes combustíveis, induz à utilização de combustíveis de origem vegetal e
animal. A soma dos compostos emitidos durante a queima dos combustíveis será
igual ou menor do que aquela utilizada pelas plantas ou animais durante seu
crescimento (Basshuysen and Schäfer, 2002). O uso de biodiesel puro (B100) nos
motores do ciclo diesel, seja de injeção direta ou indireta, compromete o
desempenho do motor. O biodiesel puro tem viscosidade e massa específica
diferentes daquelas do óleo diesel mineral, variando inclusive com a matéria prima,
33
chamada óleo bruto. Em outras palavras, oleaginosas diferentes produzem biodiesel
de diferentes valores de massa específica e viscosidade.
3.4.4.1 Produção de Biodiesel pelo Método da Transesterificação
Os óleos vegetais e as gorduras de origem animal são triglicerídeos, isto é,
ésteres neutros de glicerol e ácidos graxos de cadeia longa. O glicerol é um álcool
com três átomos de carbono e uma hidroxila para cada átomo. O processo de
transesterificação separa os ésteres da glicerina. Os ésteres são o que se denomina
biodiesel e a glicerina é um subproduto com aplicações no campo da farmácia e
outras indústrias. Os ácidos graxos na estrutura comum dos triglicerídeos podem ter
de 5 a 28 átomos de carbono; o mais comum é que este número seja de 17 a 19
átomos de carbono. A reação de transesterificação, processo mais usual na
produção de biodiesel, é mostrada na Fig. 3.1 abaixo.
Figura 3.1 – Reação de transesterificação para produção de biodiesel.
Onde:
R1, R2, R3 variam de C12 a C22
R’ é um etil ou metil
O biodiesel tem menor viscosidade, maior resistência ao frio e estabilidade
que os óleos vegetais e as gorduras de origem animal. O biodiesel pode ser obtido
através do craqueamento. No entanto, o craqueamento dos óleos vegetais ou de
34
origem animal requer a adição de calor, uma vez que ocorre em temperaturas entre
400 e 500°C.
3.4.4.2 Características e Composição do Biodiesel
A Tabela 3.1 evidencia valores característicos do óleo diesel mineral e do
biodiesel de canola. Nota-se que o biodiesel de canola tem oxigênio em sua
composição, além de concentração de carbono cerca de 10% menor, o que contribui
para seu menor poder calorífico. O número de cetano, no entanto, é maior,
permitindo utilizar maiores razões de compressão ou retardar o tempo de injeção do
combustível, ações que permitem melhorar o rendimento de motores diesel. A
compatibilidade com outros materiais, como polímeros, elastômeros, termoplásticos
e outros, permanece inalterada até o percentual de 20% de biodiesel misturado ao
óleo diesel mineral (Gilbert, 1999).
Tabela 3.2 Características do biodiesel de canola e do óleo diesel mineral.
Composição % (v/v)
Combustível C H O
Massa
específica
a 15°C (kg/m3)
Poder Calorífico
Inferior (MJ/l)
Número de
Cetano
RME 77,2 12 10,8 822 32,8 51,0 – 59,7
Típico Diesel 86,6 13,4 0 830 - 840 35,5 51
Fonte: Basshuysen e Schäfer, 2002.
35
3.5 FORMAÇÃO E EMISSÕES DE POLUENTES
A composição dos gases exauridos por um motor de combustão interna
depende, fundamentalmente, da proporção entre o combustível e o ar que
alimentam o motor, bem como, da integralidade da combustão. Os motores a
combustão interna com ignição por compressão operam com uma razão
combustível/ar extremamente pobre. A queima do combustível é quase completa –
cerca de 98% de eficiência.
A fórmula química geral dos combustíveis é CnHmOr, sendo os combustíveis
de origem mineral isentos de oxigênio. O ar atmosférico tem em sua composição
básica 20,946% de oxigênio, 78,084% de nitrogênio, 0,934% de argônio e vapor
d’água. A combustão nos motores com ignição por compressão se dá quando o
combustível é injetado na câmara de combustão com o ar atmosférico comprimido a
alta pressão. A equação da combustão, considerados os dez elementos mais
significativos em concentração, é:
( )
OHnOHnNOnNnHn
HnOnOnCOnCOnNOnnOHC Hcrnn Hc
210982726
542322122 76,34
1
++++
+++++→+⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ++
φ (3.15)
onde:
Cn número átomos de carbono por mol de combustível;
Hn número átomos de hidrogênio por mol de combustível;
101....nn número de moles da espécie do produto correspondente.
A combustão produz ainda dióxido de nitrogênio (NO2 ), que não consta entre
os dez elementos de maior concentração mas compõe com NO o grupo poluente
36
chamado NOX. Os hidrocarbonetos não queimados e aldeídos não são produtos
diretos da combustão (Sodré, J.R and Yates, D 1997; Amaral e Sodré, 2002); por
isso, não foram escritos na Eq. (3.26). A combustão nos motores por compressão
produz, ainda, partículas com dimensões da ordem de com diâmetro da ordem de 10
a 80 nm, sendo a que a maior parte se concentra na faixa de 15 até 30 nm
(Heywood, 1988).
3.5.1 Material Particulado
Material particulado ou fuligem é formado essencialmente por carbono, de
aparência amorfa, com traços de outros compostos de material orgânico, resultante
de combustão incompleta. Nos motores de combustão interna com ignição por
compressão usados em automóveis, alimentados com diesel de origem mineral, o
valor típico encontrado nos gases de exaustão é de 0,2 até 0,6 g/km e, em grandes
motores com injeção direta, este valor situa-se entre 0,5 e 1,5 g/kW.h (Heywood,
1988). Ao microscópio a fuligem se apresenta em uma estrutura de cadeia linear ou
ramificada, composta de partículas esféricas ou quase esféricas. Sua formação se
dá pela reação:
sootmn CynHmyCOyOHC )2(2
2 22 −++→+ (3.16)
A ocorrência desta equação é possível somente quando o fator ( ) 02 >− yn ,
ou seja, quando a razão entre a quantidade de carbono e a quantidade de oxigênio é
maior que a unidade. Em outros termos, a oxigenação do combustível, que nos
motores de combustão interna com ignição por compressão ocorre com a sua
37
pulverização, efetuada pelo injetor, na câmara de combustão é fator preponderante
para a redução da formação de fuligem. O processo de formação da fuligem é
influenciado pela chama, pelo fluxo do combustível e, sobretudo, pelo tipo de
hidrocarboneto, pela pressão e pela temperatura.
3.5.2 Dióxido e Monóxido de carbono
A combustão de hidrocarbonetos é um processo de oxi-redução, ocorrendo a
oxidação do carbono e a redução do hidrogênio, com liberação de energia e
formação de novos compostos, sendo o principal o dióxido de carbono – CO2.
Quando a quantidade de oxigênio presente na mistura ar/combustível é insuficiente
para promover a completa oxidação do carbono presente na câmara de combustão
ocorre a formação de monóxido de carbono – CO. Outro fator importante na
formação de CO é a temperatura, que, se apresentar valores elevados, promove a
formação de monóxido de carbono mesmo com misturas pobres.
3.5.3 Hidrocarbonetos Não Queimados
Segundo Sodré e Yates (1977) a queima incompleta dos combustíveis se dá,
principalmente, nas aberturas presentes nas paredes da câmara de combustão,
como, por exemplo, aquelas encontradas entre o conjunto pistão-cilindro-anéis de
segmento; nas paredes do cilindro banhadas pelo óleo lubrificante; e no núcleo da
câmara de combustão. Nas aberturas e nas paredes do cilindro, a combustão não se
completa devido à extinção da chama pela baixa temperatura (comparada com a
temperatura do núcleo do cilindro), causada pela lubrificação e pelo sistema de
38
arrefecimento do motor. No núcleo do cilindro, a existência de mistura muito rica ou
muito pobre e a ausência ou excesso de turbulência provocam a extinção da chama
por não propiciarem o grau de mistura e a oxigenação adequada do combustível.
Em motores de combustão interna com ignição por compressão duas são as
causas principais da existência, na exaustão, de combustível não queimado
(Heywood, 1988): o combustível misturado entre o início da sua injeção e o início da
combustão é mais pobre que o limite de mistura pobre adequado para o motor; e a
não ocorrência de mistura do combustível com o ar devido à baixa velocidade do
combustível ao sair dos furos do bico injetor.
3.5.4 Óxidos de Nitrogênio
Os óxidos de nitrogênio apresentam-se, nos gases de exaustão, como óxido
nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2). A taxa de formação dos óxidos de
nitrogênio depende da temperatura atingida pelos gases durante a combustão,
normalmente acima de 1600°C, e do tempo de permanência dos gases à alta
temperatura. Formam-se através de reações químicas envolvendo moléculas de
nitrogênio (N2) e oxigênio (O2) dissociadas do ar de combustão. Para a formação de
óxido nítrico na combustão de misturas próximas da estequiométrica são
comumente aceitas as reações (Heywood, 1988):
NNONO +→+ (317)
ONOON +→+ 2 (3.18)
39
HNOOHN +→+ (3.19)
Nos motores de combustão interna com ignição por compressão o dióxido de
nitrogênio pode atingir valores entre 10 e 30% do total de óxidos de nitrogênio
presentes nos gases da exaustão. Um mecanismo plausível de formação de dióxido
de nitrogênio é (Heywood, 1988):
OHNOHONO +→+ 22 (3.20)
O dióxido de nitrogênio formado na região da chama é rapidamente
convertido em óxido nítrico pela reação:
22 ONOONO +→+ (3.21)
Excetua-se os casos em que o NO2 é rapidamente misturado com
combustível frio, o que ocorre em motores a combustão interna por compressão
operando com baixa carga, condição necessária para que as regiões com
temperaturas menores que a da chama sejam difusas.
O óxido nítrico se forma na queima de uma mistura de combustível típico e ar
a partir da temperatura de 426,85 °C (700 K) e pressão de 15 atm. A taxa de
formação de óxido nítrico cresce com o aumento da temperatura e da pressão.
40
4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
4.1 APARATO EXPERIMENTAL
Um esquema geral da geração de energia elétrica utilizando um motor de
combustão interna como fonte de energia mecânica é mostrado na Fig. 4.1.
Figura 4.1: Esquema de geração de energia elétrica com grupo motor gerador.
A energia elétrica se caracteriza pela força eletromotriz – tensão – e pela
freqüência. A força eletromotriz é um parâmetro de projeto do gerador de energia
elétrica. A freqüência é função do número de pólos do gerador, valor característico e
fixo, e da sua rotação. O acelerador eletrônico tem a função de manter a rotação do
motor constante em 1800 rev/min. As características gerais do grupo motor-gerador,
utilizado nos experimentos, são mostrada nas Tabelas. 4.1 e 4.2.
rpm
MOTOR GERADOR CARGA ELÉTRICA
kW
ACELERADOR ELETRÔNICO
41
Tabela 4.1: Dados do motor de combustão interna.
PARÂMETRO TIPO OU VALOR
Tipo de construção Diesel – 4 tempos em linha
Tipo de injeção Direta
Diâmetro x curso 102 x 120 mm
Cilindrada unitária 0,980 litros
Número de cilindros 4
Cilindrada total 3,922 litros
Aspiração Natural
Tabela 4.2: Dados do gerador.
PARÂMETRO VALOR
N° de Pólos 4
Tensão 220 volts
N° de Fases 3
Potência Contínua (kVA) 55
Freqüência (Hz) 60
42
A Fig. 4.2 mostra detalhes do motor de combustão interna. No detalhe é
mostrada a bomba injetora (a), a bomba manual para escorvar o sistema de
alimentação de combustível (b) e acelerador eletrônico (c). A Fig. 4.3 apresenta
uma vista da sala de controle, incluindo o manômetro de coluna de líquido utilizado
para medir a queda de pressão na placa de orifício empregada para determinar a
taxa de escoamento de massa de ar admitido. A Fig. 4.3 mostra, ainda, o painel de
controle do grupo motor gerador e do banco de resistências utilizado como sistema
de cargas, bem como o oscilógrafo digital e o computador, integrantes do sistema de
aquisição e armazenamento de dados.
(c)
( a )
( b )
Figura 4.2: Detalhes do motor de combustão interna.
43
Figura 4.3: Vista da sala de controle.
Como carga elétrica para o grupo gerador utilizou-se um banco de
resistências de 50kW, em 220 volts, com indutância reduzida de modo que a
reatância, na freqüência de 60 Hz, pode ser negligenciada. As resistências foram
agrupadas em sete módulos, sendo dois de 2,5 kW, um de 5kW e quatro de 10 kW,
de modo a permitir um incremento de carga no gerador com valor mínimo de 2,5 kW.
O banco de resistências foi instalado na face externa da parede da sala de controle
e da sala de testes. Para proporcionar o fluxo de calor necessário para a operação
do banco de resistências, nele foi acoplado um eletro-ventilador para gerar um
escoamento de ar forçado através dos módulos (Fig. 4.4).
44
Figura 4.4: Vista do banco de resistências e eletro-ventilador.
A seguir são descritos os instrumentos utilizados para medição dos
parâmetros elétricos; massa de ar admitida pelo motor; temperaturas do ar de
admissão, gases de exaustão, combustível no reservatório e sala de testes; pressão
barométrica; consumo de combustível; opacidade e concentração dos gases de
exaustão.
4.1.1 Energia Elétrica
Para medir os parâmetros de quantificação da energia elétrica fornecida pelo
grupo gerador utilizou-se um analisador de energia (Fig. 4.5). A energia dissipada
pelo banco de resistências foi medida por um processo indireto. Mediu-se a corrente
e a tensão da fase A e calculou-se a potência trifásica usando a Eq. (4.1) com a
freqüência monitorada durante as medições:
45
fAfAIVP 33 =Φ (4.1)
onde:
fAI - intensidade da corrente elétrica na fase A (A);
Φ3P - potência elétrica trifásica (W);
fAV - tensão na fase A (V).
Figura 4.5: Analisador de energia elétrica – medidas de tensão, corrente e
freqüência.
4.1.2 Massa de Ar Admitido
A taxa de escoamento de massa do ar admitido pelo motor foi medida através
de uma placa de orifício, seguindo a norma ISO 5167 (International Organization for
Standardization, 1994). A massa de ar é determinada em função da diferença de
pressão provocada pela placa de orifício, no canal de escoamento, segundo a
expressão:
( )21122 2
4PPdm −=
•
ρπαε (4.2)
46
onde:
d2 – diâmetro do orifício (m);
P1 – pressão do fluido na entrada do orifício (kg/m ·s);
P2 – pressão do fluido na saída do orifício (kg/m ·s);
α – coeficiente de descarga (adimensional);
ε – fator de expansão do escoamento (adimensional);
ρ1 – massa específica do fluido na entrada do orifício (kg/m³).
A Fig. 4.6 mostra detalhes da instalação da placa de orifício (a) e das
tomadas de pressão (b). A medição da diferença de pressão na placa de orifício foi
realizada através de um manômetro de coluna d’água, visto anteriormente na Fig.
4.3. A placa tem comprimento de 2000 mm desde sua entrada até o orifício calibrado
e 270 mm desde este furo até sua saída, totalizando 2270 mm. O diâmetro do tubo é
80 mm. Suas dimensões, segundo a norma ISO 5167 (ISO, 1994), asseguram que o
fluxo de ar está completamente desenvolvido quando atinge o furo calibrado.
Admitiu-se que o filtro de ar da linha de admissão do motor produz o efeito de
amortecimento necessário para amortizar as pulsações geradas pela expansão dos
cilindros do motor, podendo-se prescindir da utilização de câmara de amortecimento
sempre presente neste modo de medição de massa de ar.
(a)
(b)
Figura 4.6: Placa de orifício.(a) placa; (b) tomada de pressão
47
4.1.3 Temperatura e Pressão
Buscou-se manter a temperatura do ar admitido pelo motor de combustão
interna dentro de limites controlados. Entretanto, o sistema de ar condicionado
algumas vezes não estava disponível. Foram utilizados termopares tipo K para
medição de temperatura do ar de admissão na entrada da placa de orifício (Fig. 4.7),
na entrada do filtro de ar (Fig. 4.8) e no coletor de exaustão (Fig. 4.9).
Figura 4.8: Termopar localizado na entrada do filtro de ar.
Figura 4.7: Termopar localizado na entrada da placa de orifício.
TERMOPAR
48
Os dados de temperatura foram coletados por um oscilógrafo digital de 8
canais, mostrado na Fig. 4.10. O oscilógrafo adquire os dados a uma freqüência de
aproximadamente 100 MHz. Os dados capturados pelo oscilógrafo foram
armazenados em um computador (Fig. 4.3).
Figura 4.10: Oscilógrafo digital utilizado no sistema de aquisição de dados.
Figura 4.9: Termopar localizado na exaustão e filtro aquecido do gás de amostra.
TERMOPAR
FILTRO AQUECIDO DO GÁS DE AMOSTRA
49
A pressão barométrica na sala de testes foi medida usando um barômetro de
Torricelli com resolução de 1 mmHg (Fig. 4.11). Neste barômetro está acoplado um
termômetro de líquido em vidro, com resolução de 1°C, utilizado para monitorar a
temperatura da sala de testes.
4.1.4 Consumo de Combustível
Para medição da massa de combustível consumida nos testes utilizou-se uma
balança digital com capacidade para 6 kg e resolução de 2 g, mostrada na Fig. 4.12.
Figura 4.11: Barômetro de Torricelli
50
4.1.5 Opacidade do Gás de Exaustão
Como um indicativo da presença de material particulado na exaustão, utilizou-
se um opacímetro digital para medir o índice de opacidade do gás (Fig. 4.13). O
aparelho registra o valor máximo de opacidade dentro de um intervalo de medição,
segundo a NBR 13037 (ABNT, 2003).
Figura 4.13: Opacímetro.
Figura 4.12 – Balança digital.
SONDA
51
4.1.6 Concentração de Gases Poluentes na Exaustão
Para a medição da concentração de hidrocarbonetos na exaustão utilizou-se
um analisador de gases (Fig. 4.14) com detector por ionização da chama (FID),
capaz de medir hidrocarbonetos totais (THC) ou metano somente (CH4). O modelo
dispõe de um catalisador que, selecionado por chaveamento mecânico, remove
todos os hidrocarbonetos do fluxo da amostra exceto o metano, permitindo assim
medir a quantidade de CH4 presente na amostra. A sensibilidade do equipamento é
adequada para medições de emissão veicular e industrial. O equipamento apresenta
resolução de 1 ppm, linearidade 1% e repetividade ± 0,5%. O analisador era
calibrado com um gás hidrocarboneto padrão (metano foi utilizado) diluído em ar
sintético na concentração de 3000 ppm.
Um analisador de gases modelo com detector por infravermelho não
dispersivo (NDIR) foi o instrumento utilizado para medir as concentrações de
monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2) (Fig. 4.15). O funcionamento
do equipamento é baseado no princípio que cada um destes gases absorve um
único comprimento de onda, na região do infravermelho. O analisador media
também a concentração de oxigênio (O2) através uma célula galvânica de
combustível. O equipamento apresenta, para medição de CO, uma resolução de
leitura de 1ppm e repetividade de ± 1%; para o CO2 a resolução é de 0,01% e a
repetividade ± 1%; para O2 a resolução é de 0,1% e a repetividade ± 1%. O
analisador foi calibrado com uma mistura padrão, diluída em nitrogênio, tendo CO a
concentração de 1% mol / mol e CO2 a concentração de 16% mol / mol. Para
calibração do O2 usou-se o ar atmosférico purificado, para o que se fixou a
concentração de 20,9%. O ar utilizado era purificado por um gerador de ar puro,
52
apresentando concentração de monóxido de carbono, dióxido de carbono,
hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio menor que 1%.
As concentrações de óxido nítrico (NO) e de óxidos de nitrogênio (NOx), que
soma NO e NO2 (monóxido e dióxido de nitrogênio), foram medidas utilizando um
analisador de gases cujo princípio de funcionamento é a quimioluminescência (Fig.
4.16). O método é baseado na reação de quimioluminescência entre ozônio (O3) e
NO, fornecendo NO2 e oxigênio (O2). Aproximadamente 10% do NO2 produzido a
partir desta reação está em um estado eletronicamente excitado. A transição deste
estado para o estado normal produz luz cuja intensidade é proporcional à taxa de
escoamento de massa de NO2 na câmara de reação. A luz é medida por um tubo
fotodiodo e um amplificador eletrônico. O equipamento apresenta resolução de
leitura 0,1 ppm, linearidade 1% e repetividade ± 0,5%. Foi calibrado com um gás
padrão de referência tendo NO diluído em nitrogênio (N2) na concentração de 2400
ppm.
Os analisadores de gases foram todos montados em um gabinete que incluía
ainda um gerador de ar puro, equipamento que purificava o ar conduzido aos
analisadores para fornecimento de oxigênio (O2) necessário à calibração e operação
dos equipamentos. Montado no gabinete havia ainda um desumidificador, para
retirada do vapor d’água existente no gás de amostra para o correto funcionamento
dos analisadores. A amostra coletada no duto de exaustão passava inicialmente por
um filtro aquecido (Fig. 4.9), antes de ser conduzida aos analisadores através de
uma linha aquecida. O filtro e a linha eram ambos mantidos a 200 °C para evitar a
condensação dos componentes mais pesados do gás de amostra.
53
4.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
As medições visaram relacionar o consumo de combustível e a concentração
dos gases de exaustão com a potência elétrica fornecida pelo grupo gerador. A
medição do consumo de combustível foi realizada em testes diferentes daqueles em
que a medição da concentração dos gases de exaustão foi realizada. As grandezas
medidas foram armazenadas em uma planilha eletrônica contendo as equações
necessárias para calcular e apresentar os resultados finais desejados.
Figura 4.16: Analisador óxido nítrico e dióxido de
Figura 4.15: Analisador de monóxido de carbono, dióxido de carbono e oxigênio
Figura 4.14: Analisador de hidrocarbonetos totais e metano.
54
O grupo motor-gerador, segundo dados fornecidos pelo fabricante, consome
cerca de 12 litros por hora de funcionamento, com carga plena, isto é 50 kWh.
Testes preliminares indicaram que o consumo do motor sem carga elétrica aplicada
estava em torno de 2 litros/hora e, com 38,44 kW, em torno de 12 litros/hora.
O Laboratório de Ensaio de Combustíveis – LEC – da UFMG e da o
Laboratório da Escola de Química da UFRJ analisaram amostras de misturas de
diesel e biodiesel, relacionadas nos Anexos I e II, respectivamente. Os resultados
indicam que a viscosidade de algumas mistura se distancia dos valores prescritos
em norma para o óleo diesel. Tal fato foi determinante para limitar as concentrações
de biodiesel utilizadas nos testes d e consumo, mostradas na Tabela 4.3.
Tabela 4.3: Nomenclatura das amostras empregadas nos testes.
SIGLA COMPOSIÇÃO
B0 Óleo diesel mineral puro
B5M Mistura de 5% de biodiesel de mamona e 95% de óleo diesel mineral
B5S Mistura de 5% de biodiesel de soja e 95% de óleo diesel mineral
B20M Mistura de 20% de biodiesel de mamona e 80% de óleo diesel mineral
B20S Mistura de 20% de biodiesel de soja e 80% de óleo diesel mineral
B35M Mistura de 35% de biodiesel de mamona e 65% de óleo diesel mineral
B35S Mistura de 35% de biodiesel de soja e 65% de óleo diesel mineral
B50S Mistura de 50% de biodiesel de soja e 50% de óleo diesel mineral
B85S Mistura de 85% de biodiesel de soja e 15% de óleo diesel mineral
55
4.2.1 Consumo de Combustível
Para determinar o consumo de combustível, optou-se pela estratégia de
consumir cerca de um litro de combustível para cada valor de carga elétrica aplicada
ao grupo gerador. Os valores nominais de carga elétrica e os relativos tempos de
operação aproximados correspondentes ao consumo volumétrico e 1 litro são
indicados na Tabela 4.4. Os primeiros testes indicaram que, aplicada uma carga ao
gerador maior que 40 kW, o sistema eletrônico de proteção desligava o motor
térmico. Quando a carga aplicada era igual a 40 kW, o funcionamento era instável, a
freqüência da tensão gerada caia para valores inferiores a 58,5 Hz e o motor térmico
era desligado pelo sistema eletrônico de proteção após cerca de 10 min. Assim,
estabeleceu-se que a máxima carga aplicada nos testes seria de 37,5 kW. Verificou-
se, ainda, que a melhor relação entre consumo de combustível e a potência estava
em torno de 30 kW de carga aplicada.
Tabela 4.4: Duração dos testes de consumo de combustível.
CARGA ELÉTRICA
(kW)
TEMPO DE TESTE
(min)
0 30
10 20
20 15
30 10
37,5 5
56
Os aparelhos e utensílios utilizados para determinar o consumo de
combustível foram: balança, funil e frascos com volume mínimo de 5 (cinco) litros.
Visando otimizar o tempo necessário para realizar os testes e uniformizar os
resultados, os combustíveis foram previamente preparados em quantidade de
aproximadamente 18kg. O combustível era pesado antes e após cada teste, nos
tempos e cargas especificados na Tabela 4.4. A balança disponível apresenta limite
máximo de carga de 6 kg (ver Secção 4.1.14). O lastro do reservatório de
combustível é de, aproximadamente, 5kg e a linha de alimentação de combustível
contém cerca de 2 kg. Três testes realizados para cada amostra consumiam,
aproximadamente, 5 kg de combustível.
A linha de combustível era purgada sempre que o combustível era trocado. A
temperatura do combustível era monitorada na saída e no retorno ao reservatório.
Durante os testes as condições ambientes (pressão, temperatura e umidade) foram
também monitoradas.
4.2.2 Emissões de Gases Poluentes
Devido a oscilações na leitura registrada pelos analisadores de gases,
determinou-se o tempo de 4 min como período de estabilização para a medição da
concentração dos gases de exaustão. A seqüência de teste deu-se com a inserção
de cargas crescentes a partir de 0 kW, em intervalos de 5 min. O incremento mínimo
de carga foi de 2,5 kW. A massa de combustível necessária para um teste completo,
incluindo o aquecimento do motor, era de 8 kg.
57
Após uma hora de aquecimento, os analisadores eram calibrados com as
misturas padrão seguindo procedimento indicado pelo fabricante. A amostra era
coletada diretamente da exaustão e passava por um filtro aquecido antes de ser
conduzido para os analisadores de HC/CH4 e NO/NOX (ver Fig. 4.9). A linha
eletricamente aquecida mantém a temperatura do gás em torno de 200 °C para
evitar condensação. Em uma linha não aquecida, outra amostra do mesmo gás de
exaustão era conduzida para o analisador de CO/CO2/O2 passando antes por um
filtro desumidificador antes de entrar no equipamento. As leituras lidas no painel
frontal dos analisadores eram anotadas após cerca de 4 minutos após cada carga
aplicada. Tal como nos testes de consumo, as condições ambientais na sala de
testes foram monitoradas. A temperatura da sala e do ar admitido no motor era
controlada através da utilização de um aparelho de ar condicionado.
Para leitura da opacidade, a sonda do opacímetro (Fig. 4.13) era instalada na
tubulação de exaustão, no lado externo da parede da sala de testes. Uma vez que o
gás que passa pela sonda é liberado no ambiente, a sonda não pode ser instalada
no interior da sala de testes por razões de segurança. Um cabo de conexão ligava a
sonda ao aparelho receptor (Fig. 4.13).
58
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 PRÓLOGO
Os resultados deste trabalho são apresentados em três tópicos distintos, a
saber: propriedades físico-químicas dos combustíveis, consumo de combustível e
emissões de gases poluentes na exaustão.
As amostras de combustíveis, coletadas dos lotes utilizados nos testes de
medição de consumo de combustível e emissões de poluentes foram analisadas no
Laboratório de Ensaios de Combustíveis da UFMG (LEC-UFMG) e no Laboratório de
Materiais da Escola de Química da UFRJ (LMT/COPPE/UFRJ). As amostras de
misturas de óleo diesel mineral (B0) e biodiesel de óleo de fritura (BF), biodiesel de
soja (BS) e biodiesel de mamona (BM) foram testas no LEC-UFMG conforme o
Regulamento Técnico ANP n° 2/2006 e a Resolução ANP n° 15/2006. Lotes
idênticos de amostras foram analisados no LMT-COPPE/UFRJ segundo a
Resolução ANP 42. Medições de massa específica, viscosidade dinâmica e
viscosidade cinemática foram realizadas na DQ/FIASA, em amostras de mesma
procedência.
As misturas usadas para a medição de consumo foram B0, BS e BM. Os
testes de consumo e de emissões foram realizados nos laboratórios da Pontifícia
Universidade Católica de Minas Gerais – PUC Minas.
59
5.2 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS COMBUSTÍVEIS
Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis– ANP
regulamenta o uso de combustíveis no Brasil. A Resolução ANP nº 15, de 17/7/2006,
publicada no Diário Oficial da União em 19/7/2006, estabelece as especificações de
óleo diesel e mistura óleo diesel/biodiesel (B2) para uso rodoviário e comercialização
em todo o território nacional. O biodiesel foi regulamentado pela Resolução ANP Nº
42, de 24.11.2004, publicada no Diário Oficial da União em 9/12/2004 e retificada no
Diário Oficial da União em 19/4/2005. Esta Resolução estabelece através do
Regulamento Técnico ANP nº 4/2004, as características do B100 a ser adicionado,
na proporção de 2% em volume, ao óleo diesel comercializado no país. As
características dos combustíveis apresentadas, que influenciam no consumo e
emissões, são resultantes de análises segundo a Resolução ANP n. 15, de 2006.
5.2.1 Massa Específica
A massa específica é uma propriedade importante na definição dos
parâmetros de admissão de combustíveis. Por norma, são fixados seus limites
inferior e superior distintos para o óleo diesel metropolitano e o óleo diesel usado no
interior. Visto que os sistemas de injeção de combustível operam por medição de
volume, estabelecidos os parâmetros de injeção variações na massa específica do
combustível influenciam no desempenho do motor. Em motores diesel, maior massa
específica do combustível tende a produzir mais fuligem e maior potência (Owen e
Coley, 1995).
60
A Fig. 5.1 apresenta valores próximos para a massa específica de misturas
com a mesma concentração de biodiesel de mamona e de óleo de fritura. Pode-se
inferir dos resultados que misturas com aproximadamente 36% de biodiesel de
mamona ou de fritura atendem à especificação de máxima massa específica (880
kg/m3) para o óleo combustível destinado ao consumo no interior. Contudo, para uso
metropolitano, o teor de biodiesel na mistura, também por inferência, não deve
ultrapassar 10% para atendimento ao valor máximo de massa específica estipulado
para esta aplicação (865 kg/m3). Considerando um ajuste linear entre B0 e B100S,
concentrações de até 82% de biodiesel de soja em óleo diesel mineral atendem ao
limite de massa específica para o uso no interior. Para uso urbano, a concentração
de biodiesel na mistura não deve ultrapassar 25%.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
850
860
870
880
890
900
910
920
930
MAS
SA E
SPEC
ÍFIC
A A
20OC
(kg/
m3 )
LIMITE MÁXIMO METROPOLITANO= 865 kg/m3
KBIODIESEL DE MAMONA+BIODIESEL DE ÓLEO DE FRITURA.BIODIESEL DE SOJA
LIMITE MÁXIMO INTERIOR= 880 kg/m3
Figura 5.1: Variação da massa específica com o percentual de biodiesel.
61
5.2.2 Viscosidade
A viscosidade determina a resistência que o fluido oferece ao escoamento.
Afeta a lubrificação do sistema de injeção e a atomização do combustível. A
viscosidade é um parâmetro importante para projetar o sistema de admissão de
combustível e definir os parâmetros de injeção. Fixados estes parâmetros, o
aumento da viscosidade implica em redução da quantidade de combustível
disponível para a combustão (Owen e Coley, 1995).
As misturas de biodiesel analisadas apresentam viscosidade maior que o
diesel mineral (Fig. 5.2). Os valores de viscosidade cinemática medidos foram
preponderantes na definição das misturas utilizadas nos testes de consumo. Os
resultados mostram o biodiesel puro de mamona (B100M) e de óleo de fritura
(B100F) apresentam valores de viscosidade maiores que o limite de 5,0 cm2 /s
prescritos em norma, enquanto o biodiesel puro de soja (B100S) atende o limite
estabelecido (Fig. 5.2). Assim, conclui-se que o biodiesel de soja na mistura em
qualquer proporção no óleo diesel mineral atende os limites estabelecido para a
viscosidade. As misturas testadas apresentam a viscosidade abaixo do limite
máximo estabelecido até a concentração de 35% de biodiesel de mamona em óleo
diesel mineral. Para as misturas com biodiesel de óleo de fritura, a concentração
máxima deste não deve superar 20% para atendimento ao valor da viscosidade
máxima.
62
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
0
5
10
15
20
25
30
35
VIS
CO
SIDA
DE A
40O
C (c
m2 /s
)
LIMITE MÁXIMO= 5 cm2/s
KBIODIESEL DE MAMONA+BIODIESEL DE ÓLEO DE FRITURA.BIODIESEL DE SOJA
Figura 5.2: Variação da viscosidade com a concentração de biodiesel
Fonte: LEC-UFMG.
5.2.3 Índice de Cetano
O índice de cetano, denominado IC, é a referência para definir a capacidade
de um combustível de entrar em combustão. O número de cetano (CN) indica o
comportamento dos combustíveis durante a fase de partida destes motores. A
determinação deste número requer equipamento específico que não está disponível
nos laboratórios onde os combustíveis foram testados. Usualmente o índice de
cetano é utilizado em substituição ao número de cetano, por ser de mais breve
determinação. O valor mínimo do índice de cetano previsto em norma para
combustível diesel é 45.
O cálculo do IC foi inicialmente regulamentado pela norma ASTM D 976
(ASTM International, 2006) que utiliza como parâmetros a viscosidade cinemática a
63
15°C e a temperatura de 50% de volume evaporado. A expressão é mostrada a
seguir (Owen and Coley, 1995).
( )[ ]25050
2 log83,97554,074,774416164107454 TT,,CI +−+−= ρρ (5.1)
onde:
ρ - massa específica a 15°C (kg/m3);
T50 - Temperatura da curva de evaporação correspondente à evaporação de
50% do volume de combustível (°C).
Esta equação, no entanto, pode mostrar-se inadequada quando utilizada para
determinação do IC de óleos leves cuja temperatura final de destilação for inferior a
260°C. Finalmente, esta equação mostra-se inadequada para determinação do IC de
combustíveis tratados com aditivos para aumentar o número de cetano.
Outro método de determinação do IC é regulamentado pela norma ASTM D
4737 (ASTM International, 2004) e utiliza três pontos da curva de destilação ao invés
de um único ponto. A equação para cálculo utilizando três pontos é mostrada a
seguir (Owen and Coley, 1995).
( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) 22
90
2109050
905010
6070,02150049,0
2150049,0310420,0260901,0
3100523,0260131,02150892,02,45
BBT
TTT
TTTIC
++−
+−+−−−
+−+−+−+=
(5.2)
( )[ ]85,05,3 −−= ρeB (5.3)
64
Onde:
T10, T50, e T90 - temperaturas de evaporação de 10%, 50% e 90% do volume
de combustível (°C)
Esta expressão foi desenvolvida para diesel mineral (Owen and Coley, 1995).
A Fig. 5.3 mostra o IC calculado utilizando os dados do Apêndice III para as
amostras de misturas de biodiesel testadas no LEC-UFMG.
Os valores de índice de cetano calculados utilizando as equações 5.1 e 5.2 e
os valores de T10, T50, e T90 medidos no LEC-UFMG mostram uma redução no valor
do índice de cetano com o aumento da concentração de biodiesel na mistura como
se pode notar na Fig. 5.3. Para o método dos três pontos esta redução é, ainda,
mais acentuada.
0 10 20 30 40 50 60 70 80CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
36.037.038.039.040.041.042.043.044.045.046.047.048.049.050.0
ÍND
ICE
DE
CET
AN
O
Fritura 1 Ponto Mamona 1 Ponto Mamona 3 Pontos Fritura 3 Pontos
LIMITE MÍNIMO= 45
Figura 5.3: Variação do índice de cetano com o percentual de biodiesel.
65
5.2.4 Volatilidade
A volatilidade, ou volatilização, é a capacidade de uma substância passar do
estado líquido ao estado gasoso. A volatilidade é medida pela temperatura na qual
um percentual do combustível é vaporizado. A temperatura de 10% de volume
evaporado – T10 – indica a facilidade do combustível volatilizar-se, enquanto a
temperatura de 90% de volume evaporado – T90 – indica a temperatura final de
volatilização do combustível. Os componentes que se volatilizam em temperaturas
altas não se queimam totalmente (Owen e Coley, 1995).
No caso dos combustíveis dos motores com ignição por compressão, a
volatilidade tem influência na potência, na formação de fuligem e depósitos na
câmara de combustão e no sistema de exaustão dos motores. Quanto mais volátil é
o combustível menor será a quantidade de fuligem e resíduos que se formaram na
exaustão e na câmara de combustão. Os testes de destilação de misturas de
biodiesel de mamona e de óleo de fritura executados pelo LEC-UFMG indicam uma
redução da volatilidade com o aumento da concentração de biodiesel, como se pode
notar nas Figs. 5.4 e 5.5.
66
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
100120140160180200220240260280300320340360380
TEM
PER
ATU
RA
(
K B0M B25M- B75M
Figura 5.4 Curva de destilação óleo diesel mineral e biodiesel de mamona.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
100120140160180200220240260280300320340360380
TEM
PER
ATU
RA
(
K B0M B25S- B50S! B75S
Figura 5.5: Curva de destilação do óleo diesel mineral e do biodiesel de
fritura.
67
Tanto o biodiesel de mamona quanto o de óleo de fritura apresentam uma
volatilidade menor que o óleo diesel mineral. O biodiesel de fritura apresenta, ainda,
uma instabilidade na curva na fase final da destilação. As temperaturas T10, T50 e
T90, juntamente com a massa específica, formam as quatro variáveis dos métodos
utilizados para calcular o índice de cetano. Outro importante indicador é a
temperatura T85, que, juntamente com T90, mostra a tendência do combustível para
produzir fumaça (Owen e Coley, 1995). As Figs. 5.6, 5.7, 5.8 e 5.9 mostram as
temperaturas nas quais ocorrem a evaporação de 10, 50, 85 e 90% do volume de
combustível, relacionando-as com a concentração de biodiesel.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
200
210
220
230
240
250
260
270
280
TEM
PE
RAT
UR
A T
10 (
KMAMONAMÓLEO DE FRITURA
Figura 5.6: Variação da temperatura de 10% de volume evaporado (T10).
68
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
TEM
PER
ATU
RA
T50
(
KMAMONAMÓLEO DE FRITURA
Figura 5.7: Variação da temperatura de 50% de volume evaporado (T50).
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
300
310
320
330
340
350
360
TEM
PE
RAT
UR
A T
85 (
KMAMONAMÓLEO DE FRITURA
Figura 5.8: Variação da temperatura de 85% de volume evaporado (T85).
69
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
300
310
320
330
340
350
360
370
380
TEM
PE
RAT
UR
A T
90 (
KMAMONAMÓLEO DE FRITURA
Figura 5.9: Variação da temperatura de 90% de volume evaporado (T90).
Misturas contendo concentrações superiores a 35% de biodiesel de óleo de
fritura apresentam a temperatura T50 acima do valor máximo recomendado por
norma para o óleo diesel mineral puro, que é 310 °C. Para as misturas contendo
biodiesel de mamona estima-se uma concentração em torno de 50% para
atendimento a este limite. Todas as amostras testadas apresentaram a temperatura
em que ocorre a evaporação de 90% do combustível – T90 – abaixo do valor máximo
fixado por norma para o óleo diesel mineral, que é 360 °C (Fig. 5.9).
5.2.5 Teor de Enxofre
A concentração de enxofre no combustível é definida em norma para duas
aplicações: uso metropolitano e uso no interior. O enxofre provoca desgastes nas
partes móveis dos motores – cilindros e anéis. Não se trata de uma característica
que influencia na capacidade do óleo para produzir energia, contudo sua
70
concentração na atmosfera em grau elevado provoca, quando precipitado, chuva
ácida. Daí a distinção de valores díspares para regiões metropolitanas e interioranas,
uma vez que reduzir a concentração de enxofre no combustível de origem mineral
representa um custo significativo.
A Fig. 5.10 mostra o teor de enxofre se reduzindo para as misturas com
concentrações crescentes de biodiesel de mamona ou biodiesel de óleo de fritura no
óleo diesel mineral. Nota-se que a quantidade de enxofre é praticamente nula para
biodiesel de óleo de fritura puro (B100F). Todas as amostras contendo biodiesel
apresentaram teor de enxofre inferior ao estabelecido pelas normas vigentes para
aplicações metropolitanas, de 500 mg/kg. Misturas com concentrações de biodiesel
de óleo de fritura superiores a 83% – valor inferido da curva – permitem reduzir o
teor de enxofre a valores inferiores a 50 mg/kg, atendendo as especificações para o
combustível diesel estabelecidas pelas leis mais rigorosas praticadas na Europa.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
TEO
R D
E EN
XOFR
E (m
g/kg
)
LIMITE MÁXIMO METROPOLITANO= 500 mg/kg
KBIODIESEL DE MAMONA+BIODIESEL DE ÓLEO DE FRITURA
Figura 5.10: Variação do teor de enxofre com a concentração de biodiesel.
71
5.3 CONSUMO DE COMBUSTÍVEL
Observou-se, que o biodiesel de óleo de fritura apresentava resíduos sólidos
depois de um período de estocagem. Quando alimentado com combustível cujo teor
de biodiesel de óleo de fritura era maior que 25% e o gerador carregado com carga
superior a 25 kW, o motor se mostrava instável, variando a rotação e,
conseqüentemente, a freqüência da tensão. Optou-se, então, por descartar as
misturas contendo biodiesel de óleo de fritura e fazer os testes de consumo com
biodiesel de mamona e de soja. Limitou-se a concentração do biodiesel de mamona
em 35% e do biodiesel de soja em 85%, face aos resultados obtidos da análise
físico-química das amostras.
Buscou-se, sobretudo, atender às especificações de viscosidade e massa
específica máximas estabelecidas para combustíveis utilizados em motores diesel.
Do Apêndice IV se tem viscosidade cinemática e a massa específica a 40°C,
medida para o combustível B35M e B85S. O valores da viscosidade são foi de 5,46
mm2/s e 5,01 mm2/s, respectivamente, valores próximos ao limite máximo de 5
mm2/s estabelecido na resolução ANP 15/2006. A massa específica verificada para
o combustível B35M foi de 860,3 kg/m3 e, para o combustível B85S, 866,1 kg/m3,
valores abaixo do limite máximo de 880 kg/m3 especificado para o combustível
diesel destinado ao uso no interior. Com estes valores o motor mostrou-se estável
mantendo a freqüência da tensão gerada próxima de 60 Hz, com carga de até 40
kW. O consumo de combustível foi medido para as misturas B0, B5M, B20M, B35M,
B5S, B20S, B35S, B50S E B85S.
72
5.3.1 Massa de Combustível Consumido
O consumo de combustível declarado pelo fabricante é de 12 litros por hora
na potência máxima que, na altitude em que o motor está instalado em relação ao
nível do mar – cerca de 920m –, é, aproximadamente, 42,5 kW. As Figs.. 5.11 e 5.12
mostram o consumo de combustível para as amostras testadas variando de
aproximadamente 2 a 13 kg/h, com o gerador de energia elétrica alimentando cargas
de 0 até 38,91 kW. A massa de combustível consumida pelo motor de combustão
interna para as misturas com diferentes concentrações de biodiesel usadas nos
experimentos apresentou uma variação pequena com o motor operando sem carga
e uma variação significativa quando o gerador foi submetido a cargas elevadas.
As Figs. 5.11 e 5.12 mostram, ainda, que para uma carga fixa a massa de
combustível consumida pelo motor aumenta com o aumento da concentração de
biodiesel na mistura com o óleo diesel mineral. O maior consumo se dá com B85S
(Fig. 5.12). Ao se comparar o consumo registrado para o B0 e B85S, sem carga
aplicada, B85S consome, aproximadamente, 16,24% mais que B0. O motor
alimentado com B85S consome cerca de 4 % a mais do que B0 quando o gerador é
carregado com 28,64kW e, para a carga de 38,91kW, esta diferença é de
aproximadamente 9,69% (Fig. 5.12). Para todas as misturas de biodiesel, em geral,
a diferença percentual de consumo com B0 se reduz na medida em que a carga
ligada ao gerador aumenta. Tal tendência é observada em toda a faixa de carga
aplicada.
73
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
CO
NSU
MO
DE
CO
MBU
ST
ÍVE
L (k
g/h)
KB0+B5M.B20M4B35M
Figura 5.11: Variação da massa de combustível consumida com a carga aplicada ao
motor operando com biodiesel de mamona.
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
CO
NSU
MO
DE
CO
MB
UST
ÍVE
L (k
g/h)
KB0+B5S.B20S4B35S$B50S(B85S
Figura 5.12: Variação da massa de combustível consumida com a carga aplicada ao
motor operando com biodiesel de soja.
74
5.3.2 Razão Ar/Combustível
Os valores encontrados para a razão ar/combustível são típicos para um motor com
ignição por compressão, situando-se entre 18 e 70 (Figs. 5.13 e 5.14). Nota-se maior
variação da razão ar/combustível entre as amostras de combustível testadas quando
o motor operou sem carga. Para uma carga fixa, o motor operou com misturas mais
ricas à medida que se aumentava a concentração de biodiesel na mistura com o
óleo diesel mineral.
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
RAZ
ÃO
AR
/CO
MB
US
TÍV
EL
KB0+B5M.B20M4B35M
Figura 5.13: Razão Ar/Combustível – motor operando com biodiesel de mamona.
75
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
RAZ
ÃO A
R/C
OM
BUST
ÍVEL
KB0+B5S.B20S4B35S$B50S(B85S
Figura 5.14: Razão Ar/Combustível – motor operando com biodiesel de soja.
5.3.3 Consumo Específico de Combustível
Nota-se nas Figs. 5.15 e 5.16, para uma carga fixa, um aumento significativo
do consumo específico de combustível para concentrações de biodiesel em
concentrações maiores que 5%. O consumo específico de combustível aumenta com
o aumento da concentração de biodiesel na mistura. O melhor desempenho do
motor ocorre quando o gerador é carregado com 28,64 KW. Com esta carga, o
motor alimentado com B85S tem um consumo específico 4,56% maior que B0. A
diferença máxima de consumo específico observada ao se comparar B0 e as
misturas contendo biodiesel é de 11,96% com o motor alimentado com B85S e
carregado com 38,91 kW (Figura 5.15). Cumpre ressaltar que não foram efetuadas
76
modificações no motor de combustão interna para otimizar o uso com os
combustíveis contendo biodiesel.
5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
0.260
0.280
0.300
0.320
0.340
0.360
0.380
0.400SF
C (
kg/k
W.h
)KB0+B5M.B20M4B35M
Figura 5.15: Consumo Específico de Combustível – motor operando com Biodiesel
de mamona
5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
0.260
0.280
0.300
0.320
0.340
0.360
0.380
0.400
SFC
(kg/
kW.h
)
KB0+B5S.B20S4B35S$B50S(B85S
77
Figura 5.16: Consumo Específico de Combustível – motor operando com Biodiesel
de soja.
5.4 EMISSÃO DE GASES POLUENTES NA EXAUSTÃO
Os testes de emissões de óxidos de nitrogênio ficaram comprometidos devido
à contaminação do gás de referência para estas medições. Decidiu-se, então, usar
os dados obtidos durante a fase de definição da metodologia para mostrar as
tendências da formação de NO e NOX. Nesta fase utilizou-se biodiesel de óleo de
fritura – BF – e de óleo de soja – BS. A carga máxima aplicada ao gerador foi 25 kW.
Para CO2, CO, O2, e hidrocarbonetos não queimados os testes foram
realizados para cargas de 0 kW, 10 kW, 20 kW, 30 kW e 40 kW. As concentrações
de biodiesel utilizadas foram aquelas usadas nos testes de consumo de combustível.
5.4.1 Concentração de Dióxido de Carbono
Observa-se nas Figs. 5.17 e 5.18 um crescimento da concentração de dióxido
de carbono com o aumento da carga aplicada ao grupo gerador. Esta tendência está
de acordo com a Razão Ar/Combustível nas Figs. 5.13 e 5.4. A formação de CO2
aumenta à medida que a mistura ar-combustível se aproxima da relação
estequiométrica. A quantidade de CO2 cresce discretamente com o aumento da
concentração de biodiesel no combustível. Ao se comparar a emissão de CO2 para
cada mistura com o óleo diesel mineral, observa-se que o biodiesel de mamona
78
produziu menor quantidade de CO2 que o biodiesel de soja. A menor diferença
percentual, -3,89%, medida para B5M e a maior, 1,48%, medida para B85S.
Carregando o gerador com 28,64 kW a menor diferença percentual medida foi
0,85%, para B5M, e a maior 0,72%, para B85S.
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
1.02.03.04.05.0
6.07.08.09.0
10.0
CO
2 (%
)
KB0MB5M.B20M3B35M
Figura 5.17: Concentração de dióxido de carbono na exaustão com o motor
operando com biodiesel de mamona.
79
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
1.02.03.04.05.0
6.07.08.09.0
10.0
CO
2 (%
)
KB0MB5S.B20S3B35S$B50S(B85S
Figura 5.18: Concentração de dióxido de carbono na exaustão com o motor
operando com biodiesel de soja.
5.4.2 Concentração de Monóxido de Carbono
A concentração de CO na exaustão de motores de combustão interna com
ignição por compressão é relativamente baixa, quando comparada com os motores
com ignição por centelha, uma vez que os motores diesel operam com misturas
pobres. A taxa de formação de CO aumenta com o aumento do volume de
combustível injetado em relação à massa de ar admitida. A formação de CO é
conseqüência da queima incompleta do combustível. A principal causa da formação
de CO em motores diesel é a reduzida atomização do combustível, resultando em
oxigenação insuficiente. As Figs. 5.19 e 5.20 mostram a redução da emissão de CO
na exaustão com o aumento da carga aplicada. Ainda, o aumento da concentração
de biodiesel na mistura provoca o aumento da emissão de CO.
80
0 5 10 15 20 25 30POTÊNCIA (kW)
100
150
200
250
300
350
400
CO
(ppm
)
KB0MB5M.B20M3B35M
Figura 5.19: Variação da concentração de monóxido de carbono na exaustão com a
carga aplicada ao motor operando com biodiesel de mamona.
0 5 10 15 20 25 30POTÊNCIA (kW)
100
150
200
250
300
350
400
CO
(ppm
)
KB0MB5S.B20S3B35S$B50S(B85S
Figura 5.20: Variação da concentração de monóxido de carbono na exaustão com o
operando com biodiesel de soja.
81
5.4.3 Concentração de Oxigênio
A presença de oxigênio na exaustão se reduz à medida que a mistura é
enriquecida ou em caso de combustão incompleta. A tendência observada nas Figs.
5.21 e 5.22, quando comparada com a Razão Ar/Combustível mostrada nas Figs.
5.13 e 5.14, indica a Possibilidade de haver combustão incompleta para a operação
com biodiesel. Para uma carga fixa a quantidade de oxigênio na exaustão aumenta
com o aumento da concentração de biodiesel na mistura. As misturas com biodiesel
de mamona apresentam um nível de oxigênio na exaustão ligeiramente maior que as
misturas com biodiesel de soja – Figs. 5.21 e 5.22. Este resultado é uma
conseqüência de menor Razão Ar/Combustível das misturas de biodiesel de
mamona em relação ao biodiesel de soja (ver Figs. 5.13 e 5.14).
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
O2 (
%)
KB0MB5M.B20M3B35M
Figura 5.21: Variação da concentração de oxigênio na exaustão com o operando
com biodiesel de mamona.
82
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
O2 (
%)
KB0MB5S.B20S3B35S$B50S(B85S
Figura 5.22: Variação da concentração de oxigênio na exaustão com o operando
com biodiesel de soja.
5.4.4 Concentração de Hidrocarbonetos
A presença de hidrocarbonetos na exaustão evidencia a queima incompleta
do combustível. Além dos hidrocarbonetos totais mediu-se, também, a concentração
de metano. Os hidrocarbonetos se apresentam em concentração crescente quando
o gerador está com carga elevada ou baixa – Figs. 5.23 e 5.24. Com cargas baixas,
a mistura é pobre (ver Figs. 5.13 e 5.14) e pode ocorrer reação lenta e,
eventualmente, extinção da chama. Com cargas elevadas, a mistura é enriquecida
(ver Figs. 5.13 e 5.14) e pode ocorrer a extinção da chama devido ao resfriamento
mais rápido da câmara de combustão pela evaporação do combustível.
83
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
120
160
200
240
280
320
360
HC
(ppm
)
KB0MB5M.B20M3B35M
Figura 5.23: Variação da concentração de hidrocarbonetos totais na exaustão com o
motor operando com biodiesel de mamona.
0 5 10 15 20 25 30 35 40POTÊNCIA (kW)
120
160
200
240
280
320
360
HC
(ppm
)
KB0MB5S.B20S3B35S$B50S(B85S
Figura 5.24: Variação da concentração de hidrocarbonetos totais na exaustão com o
motor operando com biodiesel de soja.
84
5.4.5 Concentração de Óxidos de Nitrogênio
A formação de óxidos de nitrogênio (NOX) aumenta com a temperatura da
combustão e depende da disponibilidade de oxigênio. O NOX corresponde ao grupo
formado por óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2). A Fig. 5.25 mostra
resulstados obtidos em testes com biodiesel de óleo de fritura. Observa-se um
aumento na concentração de NOx com o aumento da carga aplicada ao motor. Com
o enriquecimento da mistura, que permanece pobre em relação à estequiometria,
maiores pressões e temperaturas são atingidas na câmara devido à combustão de
maior massa de combustível. Assim, a formação de NOX se intensifica. A presença
de O2 na molécula do biodiesel pode ser responsável pelo leve incremento
observado para as misturas de biodiesel em relação a B0, para uma carga fixa.
0 5 10 15 20 25POTÊNCIA (kW)
100
200
300
400
500
600
700
800
900
NO
X (p
pm)
KB0MB25F.B50F4B75F
Figura 5.25: Variação da concentração de óxidos de nitrogênio na exaustão com o
motor operando com biodiesel de óleo de fritura.
85
5.4.6 Opacidade do Gás de Exaustão
Nota-se na Fig. 5.26 que as misturas com menor concentração de biodiesel
apresentam uma tendência para produzir maior quantidade de fuligem que o diesel
mineral. Contudo, o combustível B75F apresentou o menor nível de opacidade no
gás de exaustão. Considerando que T85 – temperatura de 85% de volume
evaporado – é 340,2°C para B85F e para B0 é 343,5°C estes resultados são
coerentes, contudo não permitem uma firme conclusão sobre os efeitos do biodiesel
sobre a emissão de fuligem. Cumpre ressaltar que a fuligem produzida pela
combustão do biodiesel é oleosa e, em contato com os prismas de proteção das
células transmissora e receptora de luz do opacímetro, formam depósitos que
interferem na medição. Para a obtenção dos valores apresentados na Fig. 5.26 os
prismas do opacímetro foram limpos ao final de cada teste.
0 5 10 15 20 25POTÊNCIA (kW)
05
101520253035404550
ÍND
ICE
DE
OPA
CID
ADE
(%) KB0
MB25F.B50F4B75F
Figura 5.26: Variação da opacidade do gás de exaustão com o motor operando com
biodiesel de óleo de fritura.
86
6 CONCLUSÕES
6.1 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS COMBUSTÍVEIS
• Todas as misturas contendo biodiesel utilizadas apresentam maior massa
específica que o óleo diesel mineral. O biodiesel de mamona e o biodiesel de
óleo de fritura ultrapassam o limite estabelecido para uso metropolitano, 865
kg/m3, quando sua concentração é maior que 10%, e o limite para uso no
interior, 880 kg/m3, quando sua concentração é maior que 20%. O biodiesel
de soja tem a massa específica mais próxima do óleo mineral, superando o
limite do óleo combustível metropolitano quando sua concentração é 25% e o
limite para uso no interior na concentração de 82%.
• O biodiesel de soja – B100S – tem viscosidade cinemática, a 40°C, abaixo do
limite de 5 cm2/s. Já o biodiesel de óleo de fritura supera este limite quando
sua concentração é maior que 20%. O biodiesel de mamona supera o limite
de viscosidade para concentrações maiores que 35%.
• A volatilidade de biodiesel de mamona foi medida para as concentrações de
25 e 75% e biodiesel de óleo de fritura nas concentrações de 25, 50 e 75%.
Todas as amostras apresentaram-se abaixo do limite máximo de 360°C
previsto em norma para o teste de 90% de volume evaporado – T90. Quanto
ao teste de 50% de volume evaporado – T50 –, o biodiesel de óleo de fritura e
o biodiesel de mamona ultrapassam o limite de 310°C quando sua
concentração é maior que 25% e 50%, respectivamente.
87
• Todas as amostras de biodiesel apresentaram teor de enxofre inferior ao
estabelecido pelas normas vigentes para aplicações metropolitanas, de 500
mg/kg. Misturas com concentrações de biodiesel de óleo de fritura e de
mamona superiores a 85% permitem reduzir o teor de enxofre a valores
inferiores a 50 mg/kg, atendendo as especificações estabelecidas para o
combustível diesel pelas leis mais rigorosas praticadas na Europa.
6.2 CONSUMO DE COMBUSTÍVEL
• Os testes mostraram que o consumo de combustível do motor aumenta
quando este é alimentado com biodiesel de soja ou de mamona. Mostram,
ainda, que, para o motor girando sem carga, este consumo atinge 16,24%
para B85S comparado com B0. Quando o motor é carregado com a carga de
38,91 kW está diferença se reduz para 9,69%. O biodiesel de mamona
apresentou menor consumo de combustível que o biodiesel de soja para
todas as concentrações de mistura.
• Os resultados mostraram que o motor trabalha com mistura mais rica, ou seja,
menor Relação Ar/Combustível, quando abastecido com misturas de
biodiesel. A mistura se torna mais rica na medida em que o motor é
carregado.
• O motor apresentou o menor consumo específico de combustível (SFC)
quando o gerador foi carregado com 28,64 kW. Em geral, o consumo
específico cresce com o aumento da concentração de biodiesel no
combustível. O biodiesel de mamona supera o consumo específico do óleo
88
diesel mineral em até 2,83%, para a mistura contendo 35% de biodiesel –
B35M. Com biodiesel de soja o motor apresenta um consumo específico
6,54% maior que o do óleo diesel mineral quando a concentração de biodiesel
na mistura é de 85% - B85S.
6.3 EMISSÃO DE GASES POLUENTES
• As misturas contendo biodiesel de mamona ou de soja apresentaram
concentrações de CO2 próximas das do óleo diesel mineral.
• Os testes mostraram que o nível de monóxido de carbono é maior para as
misturas contendo biodiesel em relação ao óleo diesel mineral. O biodiesel de
mamona apresentou menor nível de emissão de monóxido de carbono que o
biodiesel de soja.
• O biodiesel, para todas as misturas, apresentou uma quantidade maior de
oxigênio na exaustão que o óleo diesel mineral. Tal fato pode ser atribuído à
existência de combustão incompleta com a utilização do biodiesel ou a
presença de oxigênio no biodiesel.
• Em geral, a concentração de hidrocarbonetos aumenta com a concentração
de biodiesel na mistura. Contudo, para misturas contendo elevado teor de
biodiesel de soja (B35S, B50S e B85S) houve uma indicação da redução das
emissões de hidrocarbonetos para baixas cargas.
• Os testes realizados com biodiesel de óleo de fritura mostram um aumento da
presença de óxidos de nitrogênio – NOX – nos gases de exaustão quando a
concentração de biodiesel aumenta.
89
• A opacidade do gás de exaustão, indicativo da quantidade de fuligem
produzida, aumenta para concentrações de biodiesel de óleo de fritura de 25
e 50%, mas foi reduzida para a concentração de 75% de biodiesel na mistura.
A opacidade aumenta para maior energia elétrica gerada.
6.4 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
• Como sugestão para trabalho futuro, sugere-se realizar os testes de consumo
de combustível e emissões com o ajuste do sistema de injeção de
combustível otimizado para cada mistura testada.
• Sugere-se, ainda, a investigação a compatibilidade do biodiesel com os
materiais presentes no sistema de alimentação de combustível, análise da
formação de depósitos e a medição das emissões de material particulado e
de frações orgânicas solúveis (SOF), como os aldeídos.
• Outro estudo necessário é a revisão da metodologia de determinação do
índice de cetano para misturas de biodiesel.
90
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6.xml?f=templates$fn=default.htm&sync=1&vid=anp:1.0.1048/enu
• http://www.anp.gov.br/petro/capacidade_plantas.asp
• http://www.cramaco.com/index.php?sec=ver_subitem&prd=alt&id=19
• http://it.wikipedia.org/wiki/Particolato_carbonioso
• http://en.wikipedia.org/wiki/Diesel_oil
• http://www.ufop.de/
• http://www.biodiesel.org/buyingbiodiesel/retailfuelingsites/
94
APÊNDICE A – ANÁLISE DE INCERTEZAS
Os experimentos para medição de consumo de combustível e de emissões
foram realizados variando-se a carga ligada ao gerador de energia elétrica. As
incertezas destas grandezas foram calculadas e, para simplificação, são
apresentados como valores máximos ou médios, dependendo de sua importância
para o objeto deste trabalho.
A.1 INCERTEZA DA POTÊNCIA
A potência foi calculada a partir dos valores medidos de tensão e corrente. A
incerteza da medida da tensão é de 0,1 V e da corrente 0,1 A. A potência trifásica
em um circuito equilibrado é calculada por:
VIP 33 =Φ (A.1)
onde:
( )Θ3P potência trifásica (W)
V tensão (V)
I corrente (A)
A incerteza da potência é dada pela expressão (Kline e McClintock, 1953):
95
22
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
+⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∂∂
= IVp IIPI
VPI (A.2)
Os valores máximos das potências medidas e as incertezas são apresentadas
na Tabela A.1.
Tabela A.1 – Valores Máximos de Potências e Incertezas
VALOR NOMINAL
(kW)
VALOR MÉDIO
(kW)
INCERTEZA - IP
(kW)
0 0,00 0,000
10 10,00 0,023
20 19,44 0,023
27,5 26,43 0,023
30 28,77 0,023
37,5 36,23 0,024
40 38,91 0,024
96
A.2 INCERTEZA DO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL
O consumo de combustível é avaliado pela taxa de escoamento de massa de
combustível, dado necessário para análise da razão ar-combustível e consumo
específico de combustível – SFC. Ambas análises são apresentadas a seguir.
A.2.1 Incerteza da Taxa de Escoamento de Massa de Combustível
A massa de combustível consumida para a geração de energia foi medida
diretamente da balança, cujo erro máximo de leitura é de 0,2%. Utilizou-se três
pesagens e o valor médio foi anotado. A incerteza máxima é dada por:
32,02,02,02,0 222VMVM II →++= (A.3)
Tabela A.2 – Vazão mássica e incertezas associadas para os combustíveis
testados.
POTÊNCIA
(kW)
Vazão Mássica
(kg/h)
Incerteza
I
0,00 1,96 0,01
10,00 3,48 0,01
19,44 5,27 0,02
28,73 7,70 0,03
38,91 11,66 0,04
97
A.2.2 Incerteza do Consumo Específico de Combustível
O consumo específico de combustível é calculado por:
PmSFC&
= (A.4)
A sua incerteza combinada é expressa por (Kline e McClintock, 1953):
( ) ( )mPSFC IPmIPI 221 −− −+ & (A.5)
A Tabela A.3 apresenta as incertezas associadas ao consumo específico de
combustível para os combustíveis testados.
Tabela A.3 – Consumo especifico de combustível e incerteza associada para os
combustíveis testados.
POTÊNCIA
(kW)
BF
(kg/Kw.h)
Incerteza
IBF
10,00 0,36 1,03
19,44 0,28 1,10
28,73 0,27 1,41
38,91 0,30 2,54
98
A.3 INCERTEZA DAS MEDIÇÕES DOS GASES DE EXAUSTÃO
Os gases de exaustão mensurados e cujas incertezas apresentam-se a seguir
são CO2, CO, O2 e HC. Da fuligem, NO e NOX não se calculou as incertezas visto
que os testes realizados são parciais, reduzidos em número e, portanto, não
conclusivos.
A3.1 Incerteza Das Medições De Dióxido De Carbono
O equipamento de medição de CO2 tem resolução de leitura de 0,01%,
linearidade de ± 1% e repetibilidade de ± 0,5%. A incerteza padrão é dada pela
expressão:
2222 peflepCO rlrI ++= (A.6)
onde
2pCOI incerteza padrão de CO2 (%)
fler produto da resolução da leitura pela concentração lida (%)
l lineraridade da leitura (%)
r repetibilidade da leitura (%)
A incerteza da medida é dada por:
2222 pefleCO rlrI ++= (A.7)
99
onde
2COI incerteza média de CO2 (%)
σ desvio padrão da leitura (%)
2COPI incerteza padrão média (%)
Os valores calculados são mostrados a seguir na Tabela A.4.
Tabela A.4: Incerteza da medição de CO2 para os combustíveis testados.
Potência
(kW)
VALOR
MÉDIO (%)
DESVIO
PADRÃO ICO2
0,00 1,80 0,00 0,02
9,79 3,32 0,00 0,04
19,28 5,11 0,00 0,06
28,84 7,36 0,00 0,08
35,83 9,79 0,00 0,11
A.3.2 Incerteza das Medições de Monóxido de Carbono
O equipamento de medição de CO tem uma resolução de leitura de 1 ppm,
linearidade de ± 1% e repetividade de ± 1%. A incerteza padrão é dada pela
expressão:
222pefleCO rlrI ++= (A.8)
100
onde
pCOI incerteza padrão de CO (ppm)
fler produto da resolução da leitura pela concentração lida (ppm)
l lineraridade da leitura (ppm)
r repetibilidade da leitura (ppm)
A incerteza da medida é dada por:
(A.9)
onde
COI incerteza média de CO (ppm)
σ desvio padrão da leitura (ppm)
COPI incerteza padrão média (ppm)
Os valores calculados são mostrados na Tabela A.5 a seguir.
Tabela A.5: Incerteza da medição de CO para os combustíveis testados.
Potência
(kW)
VALOR
MÉDIO
(ppm)
σCO ICOB0
0,00 315,67 29,21 58,83
9,79 252,00 25,09 47,87
19,28 123,67 22,46 30,08
28,84 83,33 20,35 24,41
35,83 593,33 22,73 98,65
101
A.3.3 Incerteza das Medições de Oxigênio
O equipamento de medição de O2 tinha uma resolução de leitura de 0,1% e
repetividade de ± 1%. O ar atmosférico foi usado como gás de referência. A
incerteza padrão é dada pela expressão:
2222 pefleO rlrI ++= (A.10)
onde
2pOI incerteza padrão de O2 (%)
fler produto da resolução da leitura pela concentração lida (%)
l lineraridade da leitura (%)
r repetibilidade da leitura (%)
A incerteza da medida é dada por:
2222 pOO II += σ (A.11)
onde
2OI incerteza média de O2 (%)
σ desvio padrão da leitura (%)
2OPI incerteza padrão média (%)
Os valores calculados são mostrados na Tabela A.6 a seguir.
102
Tabela A.6: Incerteza da medição de O2 para os combustíveis testados.
Potência
(kW)
VALOR
MÉDIO
(ppm)
σO2 IO2
0,00 17,00 0,01 0,12
9,79 15,23 0,00 0,11
19,28 13,17 0,01 0,09
28,84 10,63 0,01 0,08
35,83 7,97 0,01 0,06
A.3.4 Incerteza das Medições de Hidrocarbonetos
O equipamento utilizado para medir os hidrocarbonetos totais tinha resolução de
leitura de 1 ppm, linearidade 1% e repetividade ± 0,5%. A incertezas da medição
de hidrocarbonetos é dada por:
222peflepHC rlrI ++= (A.12)
onde
pHCI incerteza padrão de HC (ppm)
fler produto da resolução da leitura pela concentração lida (ppm)
l lineraridade da leitura (ppm)
r repetibilidade da leitura (ppm)
103
A incerteza da medida é dada por:
222pefleHC rlrI ++= (A.13)
onde:
HCI incerteza média de HC (ppm)
σ desvio padrão da leitura (ppm)
HCPI incerteza padrão média (ppm)
Os valores calculados são mostrados a seguir.
Tabela A.7: Incerteza da medição de HC para os combustíveis testados.
Potência
(kW)
VALOR
MÉDIO
(ppm)
σHC IHC
0,00 157,50 1,17 1,66
9,79 135,00 0,97 1,40
19,28 138,00 1,01 1,44
28,84 143,00 1,09 1,53
35,83 235,50 1,82 2,53
104
APÊNDICE B – TESTES DE CONSUMO
Tabela B.1: Consumo B0 VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 21,14 28,89 28,94 16,57 28,55 20,69 29,23
Ar Filtro °C 21,57 29,22 28,96 18,04 28,33 22,48 29,22
Gases de Eaxaustão °C 143,52 241,54 326,44 388,49 427,98 575,26 596,03
Conbustível °C 27,34 33,57 35,09 26,58 30,37 34,53 34,18
Consumo kg/h 1,89 3,44 5,33 7,00 7,58 9,25 11,40
Pressão Entrada P.O. mmH20 83 80 78 79 79 76 76
Queda de Pressão P.O. mmH20 44 43 37 41 43 40 42
Corrente A 0,00 25,35 50,53 68,91 75,45 93,88 102,20 Tensão V 220,10 219,80 219,60 219,10 219,20 218,80 219,80
Potência kVA 0,00 9,65 19,22 26,15 28,65 35,58 38,91 Pressão mmHg 693 693 693 700 693 700 693
Temp. Ambiente ºC 26,0 29,0 30,0 27,0 28,5 31,0 29,5
Humidade Relativa % 30,5 25,2 23,5 22,8 25,7 20,8 22,5
Patm mbar 920 919 919 929 919 928 919 DP1 mmH2O 83 80 78 79 79 76 76 DP mmH2O 44 43 37 41 43 40 42
Rho1 kg/m3 1,09 1,06 1,06 1,12 1,07 1,10 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 157,90 154,25 143,37 154,45 154,55 151,41 152,61 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 144,46 144,90 134,62 138,31 144,76 137,80 143,43 v m/s 11,73 11,77 10,93 11,23 11,75 11,19 11,65
Mu1x10^5 kg/m.s 1,82 1,86 1,86 1,81 1,86 1,83 1,86 Re 46371,1 44413,6 41308,6 45779,0 44602,0 44357,6 43941,3
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
105
Tabela B.2: Consumo B0 VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 24,94 27,63 16,23 16,09 28,55 14,70 15,46
Ar Filtro °C 24,84 27,69 17,79 18,33 28,57 16,51 16,78
Gases de Eaxaustão °C 146,67 234,56 321,43 392,14 443,89 514,60 528,50
Conbustível °C 28,53 33,62 26,80 28,10 31,02 25,11 22,45
Consumo kg/h 1,93 3,47 5,35 7,43 7,38 9,48 12,41
Pressão Entrada P.O. mmH20 82 79 81 79 77 80 81
Queda de Pressão P.O. mmH20 38 43 41 39 42 40 41
Corrente A 0,00 25,18 50,95 69,06 76,41 95,29 94,66 Tensão V 220,10 229,18 220,30 219,20 220,20 219,50 218,40 Potência kVA 0,00 10,00 19,44 26,22 29,14 36,23 35,81 Pressão mmHg 693 692 691 700 693 691 691
Temp. Ambiente ºC 25,5 28,0 26,0 28,0 27,5 23,5 22,5
Humidade Relativa % 34,3 29,9 30,7 23 28,6 34,6 39,1
Patm mbar 920 918 917 929 919 917 918 DP1 mmH2O 82 79 81 79 77 80 81 DP mmH2O 38 43 41 39 42 40 41
Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,10 1,12 1,07 1,11 1,11 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 146,01 154,43 153,38 150,60 152,65 151,81 153,53 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 135,06 144,54 138,95 135,02 143,10 136,88 138,52 v m/s 10,97 11,74 11,28 10,96 11,62 11,11 11,25
Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,81 1,81 1,86 1,80 1,80 Re 42516,2 44640,0 45493,0 44603,3 44026,7 45181,4 45659,3
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
106
Tabela B.3: Consumo B0 VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 23,46 25,23 26,24 16,52 26,38 17,47 28,69
Ar Filtro °C 23,65 25,83 26,83 18,54 26,47 19,61 29,01
Gases de Eaxaustão °C 144,43 226,72 316,61 392,56 428,99 536,23 578,31
Conbustível °C 30,60 32,91 35,69 28,09 31,80 31,18 36,16
Consumo kg/h 1,98 3,52 5,28 6,94 7,52 9,44 10,91
Pressão Entrada P.O. mmH20 83 79 78 80 78 78 74
Queda de Pressão P.O. mmH20 41 38 38 36 40 35 36
Corrente A 0,00 25,46 50,45 69,18 75,30 94,30 100,70 Tensão V 220,60 220,60 219,50 219,30 220,30 218,50 219,00
Potência kVA 0,00 9,73 19,18 26,28 28,73 35,69 38,20 Pressão mmHg 689 691 690 694 689 694 691
Temp. Ambiente ºC 21,5 30,0 31,0 28,0 22,5 29,0 32,0
Humidade Relativa % 28,9 21,2 19,3 27,2 22,9 25,4 17
Patm mbar 915 916 915 921 915 920 916 DP1 mmH2O 83 79 78 80 78 78 74 DP mmH2O 41 38 38 36 40 35 36
Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,07 1,11 1,07 1,10 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 151,63 145,80 145,52 144,03 149,30 141,81 141,32 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 140,39 135,86 136,28 130,31 139,64 128,82 133,20 v m/s 11,40 11,03 11,07 10,58 11,34 10,46 10,82
Mu1x10^5 kg/m.s 1,83 1,85 1,85 1,81 1,85 1,82 1,86 Re 44288,4 42344,8 42155,2 42634,3 43292,6 41858,3 40713,6
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
107
Tabela B.4: Consumo B5S VARIÁVEL
MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1
CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 28,47 27,87 28,27 16,43 28,46 17,48 28,39
Ar Filtro °C 28,34 28,23 29,00 18,52 28,33 19,53 28,66
Gases de Eaxaustão °C 149,40 239,37 332,12 396,92 426,19 550,85 598,27
Conbustível °C 29,80 34,63 36,91 26,92 31,80 31,08 35,27
Consumo kg/h 2,03 3,76 5,38 6,90 7,80 9,60 12,84
Pressão Entrada P.O. mmH20 80,00 79,00 78,00 79,00 77,00 77,00 75,00
Queda de Pressão P.O. mmH20 40,00 38,00 37,00 40,00 38,00 37,00 32,00
Corrente A 0,00 25,10 50,38 69,09 75,54 94,36 101,20 Tensão V 220,20 219,90 219,50 219,20 219,60 218,30 219,30
Potência kVA 0,00 9,56 19,15 26,23 28,73 35,68 38,44 Pressão mmHg 689 688 689 700 688 700 688
Temp. Ambiente ºC 30 31,5 38 28 30 30 31,5
Humidade Relativa % 31,2 30,1 29,4 23,7 29,5 21 29,1
Patm mbar 913,63 912,05 912,31 928,55 912,30 928,21 912,05 DP1 mmH2O 80 79 78 79 77 77 75 DP mmH2O 40 38 37 40 38 37 32
Rho1 kg/m3 1,06 1,06 1,06 1,11 1,06 1,11 1,06 D mm 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 148,44 144,71 142,72 152,43 144,78 146,45 132,95 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 139,87 136,55 135,00 136,75 136,66 131,92 125,69 v m/s 11,36 11,09 10,96 11,10 11,10 10,71 10,20
Mu1x10^5 kg/m.s 1,86 1,86 1,86 1,81 1,86 1,82 1,86 Re 42837,01 41772,67 41117,76 45121,91 41783,37 43239,09 38334,60
Re min. 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50
108
Tabela B.5: Consumo B5S VARIÁVEL
MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2
CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 25,04 26,03 26,10 25,63 25,86 18,31 25,87
Ar Filtro °C 25,26 26,81 26,90 25,41 26,38 20,38 26,70
Gases de Eaxaustão °C 149,94 237,27 325,21 402,35 425,72 558,21 594,43
Conbustível °C 29,49 34,96 36,53 24,21 31,99 31,96 35,47
Consumo kg/h 2,03 3,50 5,35 7,19 7,08 9,72 12,70
Pressão Entrada P.O. mmH20 81,00 80,00 79,00 79,00 78,00 76,00 76,00
Queda de Pressão P.O. mmH20 41,00 38,00 33,00 41,00 38,00 39,00 36,00
Corrente A 0,00 25,38 50,56 69,20 75,15 93,90 100,80 Tensão V 220,10 129,80 219,50 219,50 219,20 219,10 219,20
Potência kVA 0,00 5,71 19,22 26,31 28,53 35,63 38,27 Pressão mmHg 694 692 693 700 692 700 693
Temp. Ambiente ºC 28,5 31 32 25 30,5 27,5 32
Humidade Relativa % 34,8 29 28,4 29,8 29,2 29,8 26,2
Patm mbar 920,51 917,44 918,60 929,05 917,52 928,63 918,60 DP1 mmH2O 81 80 79 79 78 76 76 DP mmH2O 41 38 33 41 38 39 36
Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,07 1,09 1,07 1,11 1,07 D mm 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 151,52 145,51 135,86 152,42 145,69 149,94 141,94 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 140,25 135,85 126,73 139,89 135,84 135,40 132,36 v m/s 11,39 11,03 10,29 11,36 11,03 10,99 10,75
Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,85 1,84 1,85 1,82 1,85 Re 44071,99 42156,60 39350,58 44315,80 42253,32 44170,43 41132,46
Re min. 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50 46777,50
109
Tabela B.6: Consumo B5S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 16,85 17,76 17,75 16,26 18,67 20,20 19,79
Ar Filtro °C 18,20 19,57 19,73 18,61 20,33 22,55 21,58
Gases de Eaxaustão °C 142,11 231,82 313,41 402,29 416,49 567,92 580,61
Conbustível °C 27,79 33,29 33,89 27,97 30,57 37,16 33,91
Consumo kg/h 1,94 3,49 5,43 6,86 7,60 9,62 11,45
Pressão Entrada P.O. mmH20 75,00 77,00 80,00 79,00 81,00 78,00 77,00
Queda de Pressão P.O. mmH20 44,00 43,00 42,00 37,00 41,00 40,00 40,00
Corrente A 0,00 25,17 50,40 69,12 75,36 94,10 101,20 Tensão V 220,20 219,90 219,60 219,40 219,30 219,30 219,20
Potência kVA 0,00 9,59 19,17 26,27 28,62 35,74 38,42 Pressão mmHg 692 693 693 700 693 700 693
Temp. Ambiente ºC 26,5 28,5 29 28 27,5 30 29
Humidade Relativa % 36,5 33,1 31,3 22 32,7 21,1 29,8
Patm mbar 918,19 919,18 919,10 928,55 919,35 928,21 919,10 DP1 mmH2O 75 77 80 79 81 78 77 DP mmH2O 44 43 42 37 41 40 40
Rho1 kg/m3 1,10 1,10 1,10 1,11 1,10 1,10 1,09 D mm 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 66,0 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 158,46 156,57 154,85 146,69 152,89 151,42 150,77 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 143,66 142,42 140,91 131,64 139,35 137,78 138,10 v m/s 11,66 11,56 11,44 10,69 11,31 11,19 11,21
Mu1x10^5 kg/m.s 1,81 1,82 1,82 1,81 1,82 1,83 1,82 Re 46949,4 46221,9 45694,5 43413,0 45044,8 44353,0 44275,7
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
110
Tabela B.7: Consumo B20S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,5 40,00
Ar Entrada P.O. °C 24,75 24,12 23,78 16,86 24,98 19,4 24,11
Ar Filtro °C 24,73 24,72 24,99 19,09 25,54 21,3 25,31
Gases de Eaxaustão °C 143,48 234,56 330,29 398,47 422,01 557,9 586,15
Conbustível °C 28,50 33,73 36,28 29,80 31,39 35,0 34,98
Consumo kg/h 2,06 3,58 6,05 7,13 7,72 9,4 14,83
Pressão Entrada P.O. mmH20 81 79 79 79 78 78,0 76
Queda de Pressão P.O. mmH20 40 39 35 39 38 39,0 32
Corrente A 0,00 25,12 50,40 69,20 75,57 93,7 101,10 Tensão V 220,20 219,80 219,50 219,30 219,30 219,3 219,20
Potência kVA 0,00 9,56 19,16 26,28 28,70 35,6 38,38 Pressão mmHg 688 687 687 693 687 694,0 687
Temp. Ambiente ºC 27,5 29,5 30,5 29 29,5 30,0 30
Humidade Relativa % 18,3 16,4 15,5 26,7 13,6 24,9 13,8
Patm mbar 912,7 911,1 910,9 919,1 911,1 920,3 911,0 DP1 mmH2O 81 79 79 79 78 78,0 76 DP mmH2O 40 39 35 39 38 39,0 32
Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,07 1,10 1,07 1,09 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66,0 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,6 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,2 1,21
Epson 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 1,0 0,99 m kg/h 149,51 147,59 139,92 149,56 145,62 149,2 133,84 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,0 0,04 Q m3/h 139,31 137,80 130,78 135,81 136,35 136,3 125,26 v m/s 11,31 11,19 10,62 11,03 11,07 11,1 10,17
Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,84 1,84 1,81 1,84 1,8 1,84 Re 43547,8 42989,3 40726,5 44207,3 42326,9 43835,8 38926,0
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
111
Tabela B.8: Consumo B20S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 25,70 26,10 25,36 14,76 26,75 17,73 25,51
Ar Filtro °C 26,16 26,88 26,19 16,68 27,18 19,85 25,82
Gases de Eaxaustão °C 148,03 238,76 323,56 385,28 428,57 555,40 585,36
Conbustível °C 32,97 36,35 35,22 26,59 34,33 33,59 34,67
Consumo kg/h 2,08 3,55 5,38 7,14 7,55 9,94 12,26
Pressão Entrada P.O. mmH20 80 80 80 79 78 76 77
Queda de Pressão P.O. mmH20 39 40 39 42 38 39 37
Corrente A 0,00 25,38 50,39 69,15 75,45 93,70 101,10 Tensão V 220,20 219,80 219,50 219,20 219,20 218,60 219,30
Potência kVA 0,00 9,66 19,16 26,25 28,65 35,48 38,40 Pressão mmHg 691 691 692 700 691 700 692
Temp. Ambiente ºC 30 31,5 31 25,5 31 29 29,5
Humidade Relativa % 29,3 27,5 30,2 29,9 27,1 25,5 29,8
Patm mbar 916,3 916,0 917,4 929,0 916,1 928,4 917,7 DP1 mmH2O 80 80 80 79 78 76 77 DP mmH2O 39 40 39 42 38 39 37
Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,07 1,12 1,07 1,11 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 147,39 149,14 147,58 156,53 145,42 150,14 143,95 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 137,48 139,48 137,49 139,48 136,16 135,38 133,95 v m/s 11,16 11,32 11,16 11,32 11,06 10,99 10,88
Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,85 1,85 1,80 1,85 1,82 1,84 Re 42771,6 43198,2 42823,2 46565,4 42091,3 44291,3 41809,5
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
112
Tabela B.9: Consumo B20S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 17,31 18,25 21,68 15,43 18,40 18,30 20,97
Ar Filtro °C 18,49 19,58 22,93 17,33 19,63 20,48 22,09
Gases de Eaxaustão °C 144,02 281,90 322,88 388,39 346,73 566,88 579,89
Conbustível °C 29,41 30,48 34,08 25,63 29,26 32,76 32,26
Consumo kg/h 1,97 3,50 5,34 7,88 7,60 9,80 12,00
Pressão Entrada P.O. mmH20 83 82 79 79 79 77 78
Queda de Pressão P.O. mmH20 42 42 38 39 42 39 38
Corrente A 0,00 25,19 50,45 69,06 75,60 93,50 101,00 Tensão V 219,70 219,80 219,80 219,30 219,70 218,60 219,80 Potência kVA 0,00 9,59 19,21 26,23 28,77 35,40 38,45 Pressão mmHg 692 692 691 699 691 700 691
Temp. Ambiente ºC 21,5 28 30 25,5 26 29 28
Humidade Relativa % 35,1 31 28,7 30,3 37,1 25,5 28,7
Patm mbar 919,0 917,9 916,3 927,6 916,9 928,4 916,6 DP1 mmH2O 83 82 79 79 79 77 78 DP mmH2O 42 42 38 39 42 39 38
Rho1 kg/m3 1,10 1,10 1,08 1,12 1,10 1,11 1,09 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 154,98 154,75 146,43 150,64 154,56 149,99 146,71 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 140,39 140,89 135,12 134,72 140,93 135,52 134,97 v m/s 11,40 11,44 10,97 10,94 11,44 11,00 10,96
Mu1x10^5 kg/m.s 1,81 1,82 1,83 1,80 1,82 1,82 1,83 Re 45881,9 45683,1 42850,3 44733,5 45620,9 44173,8 43027,0
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
113
Tabela B.10: Consumo B35S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 26,64 27,52 28,14 27,98 27,19 31,31 27,16
Ar Filtro °C 26,48 27,99 28,97 27,50 27,65 30,87 27,60
Gases de Eaxaustão °C 146,53 237,08 328,83 403,28 424,99 568,34 597,65
Conbustível °C 30,47 34,61 37,25 24,31 32,61 29,31 35,36
Consumo kg/h 1,07 3,63 5,49 6,94 7,73 9,85 14,09
Pressão Entrada P.O. mmH20 81 79 77 78 78 75 76
Queda de Pressão P.O. mmH20 40 37 39 36 36 40 36
Corrente A 0,0 25,1 50,4 69,4 75,6 93,8 101,1 Tensão V 220,1 219,7 219,4 218,9 219,2 218,5 219,2
Potência kVA 0,0 9,5 19,1 26,3 28,7 35,5 38,4 Pressão mmHg 690 689 688 699 688 700 688
Temp. Ambiente ºC 28 31 32 27 29,5 30 31,5
Humidade Relativa % 18,9 15,3 14,1 19,8 14,5 16,5 14,8
Patm mbar 915,28 913,46 911,97 927,39 912,38 928,21 912,05 DP1 mmH2O 81 79 77 78 78 75 76 DP mmH2O 40 37 39 36 36 40 36
Rho1 kg/m3 1,07 1,06 1,06 1,08 1,06 1,07 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 149,28 143,23 146,70 142,50 141,39 149,37 141,39 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 139,52 134,84 138,81 131,95 133,13 139,79 133,18 v m/s 11,33 10,95 11,27 10,71 10,81 11,35 10,81
Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,86 1,86 1,85 1,85 1,87 1,85 Re 43283,9 41372,2 42265,9 41211,7 40874,5 42831,4 40878,6
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
114
Tabela B.11: Consumo B35S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 27,90 28,41 28,86 15,94 28,79 17,34 27,84
Ar Filtro °C 27,94 28,94 29,31 17,96 28,97 19,33 27,90
Gases de Eaxaustão °C 148,87 239,78 337,05 395,59 436,43 549,73 548,29
Conbustível °C 33,12 37,66 38,42 27,96 34,97 32,69 36,70
Consumo kg/h 1,95 3,58 5,57 6,93 7,74 9,86 12,05
Pressão Entrada P.O. mmH20 81 79 78 79 78 78 76
Queda de Pressão P.O. mmH20 40 38 37 43 37 40 37
Corrente A 0,0 25,2 50,5 69,2 75,6 94,2 94,3 Tensão V 220,2 219,8 219,5 219,3 219,4 219,3 218,8
Potência kVA 0,0 9,6 19,2 26,3 28,7 35,8 35,7 Pressão mmHg 691 691 691 700 692 700 691
Temp. Ambiente ºC 30 33 34 27 32 28,5 32
Humidade Relativa % 28,9 27,1 25,3 28,4 28 26,6 25,8
Patm mbar 916,28 915,78 915,62 928,72 917,27 928,46 915,95 DP1 mmH2O 81 79 78 79 78 78 76 DP mmH2O 40 38 37 43 37 40 37
Rho1 kg/m3 1,07 1,06 1,06 1,12 1,06 1,11 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 148,81 144,90 142,99 158,02 143,17 152,17 143,38 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 139,62 136,50 134,91 141,47 134,68 136,92 134,63 v m/s 11,34 11,08 10,95 11,49 10,94 11,12 10,93
Mu1x10^5 kg/m.s 1,86 1,86 1,86 1,81 1,86 1,81 1,85 Re 42988,7 41751,7 41162,7 46847,7 41250,5 44949,1 41423,3
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
115
Tabela B.12: Consumo B35S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 19,29 21,32 20,43 17,33 21,32 18,30 21,31
Ar Filtro °C 20,43 22,77 21,32 19,74 22,77 20,61 22,94
Gases de Eaxaustão °C 144,43 420,54 418,80 408,33 420,54 566,56 582,57
Conbustível °C 29,87 31,90 30,12 29,02 31,90 36,03 34,76
Consumo kg/h 2,00 4,31 5,50 7,33 7,40 9,74 13,42
Pressão Entrada P.O. mmH20 82 81 79 79 77 76 76
Queda de Pressão P.O. mmH20 46 44 38 40 44 39 42
Corrente A 0,0 25,1 50,6 69,2 75,6 94,0 101,6 Tensão V 220,1 219,8 219,5 219,4 219,3 218,9 219,3
Potência kVA 0,0 9,6 19,2 26,3 28,7 35,6 38,6 Pressão mmHg 692 693 693 700 692 700 693
Temp. Ambiente ºC 28,5 30,5 30 29 29,5 30,5 30
Humidade Relativa % 31,6 29,1 31,1 26,5 28,8 24,6 29,3
Patm mbar 917,85 918,85 918,93 928,38 917,69 928,13 918,93 DP1 mmH2O 82 81 79 79 77 76 76 DP mmH2O 46 44 38 40 44 39 42
Rho1 kg/m3 1,10 1,09 1,06 1,11 1,09 1,11 1,09 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 161,51 157,59 142,99 152,04 157,56 149,95 154,07 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 147,48 144,92 134,91 137,00 145,12 135,59 141,82 v m/s 11,97 11,77 10,95 11,12 11,78 11,01 11,51
Mu1x10^5 kg/m.s 1,82 1,83 1,86 1,82 1,83 1,82 1,83 Re 47572,4 46135,4 41162,7 44863,4 46124,1 44145,3 45083,9
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
116
Tabela B.13: Consumo B50S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 18,98 20,19 20,62 16,76 20,18 17,02 20,57
Ar Filtro °C 20,12 21,64 22,16 19,09 21,48 19,22 22,03
Gases de Eaxaustão °C 143,98 233,00 322,03 403,45 417,40 553,84 528,19
Conbustível °C 32,18 34,77 34,08 31,20 32,06 33,51 34,81
Consumo kg/h 2,30 3,71 5,37 7,49 7,93 10,04 11,78
Pressão Entrada P.O. mmH20 82 81 79 79 78 78 70
Queda de Pressão P.O. mmH20 41 41 44 39 43 39 40
Corrente A 0,0 25,1 50,6 69,0 75,6 94,1 94,4 Tensão V 220,1 219,8 219,5 219,4 219,2 218,7 219,6
Potência kVA 0,0 9,5 19,2 26,2 28,7 35,6 35,9 Pressão mmHg 692 693 692 700 693 700 693
Temp. Ambiente ºC 27,5 29 29 28,5 29 29 30
Humidade Relativa % 33,2 32,2 31,3 26,5 30,5 25,7 30,8
Patm mbar 918,02 919,10 917,77 928,46 919,10 928,38 918,93 DP1 mmH2O 82 81 79 79 78 78 70 DP mmH2O 41 41 44 39 43 39 40
Rho1 kg/m3 1,10 1,09 1,09 1,11 1,09 1,11 1,09 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 152,68 152,45 157,66 150,33 156,21 150,32 150,56 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 139,25 139,61 144,87 135,14 143,03 135,22 138,25 v m/s 11,31 11,34 11,76 10,97 11,61 10,98 11,22
Mu1x10^5 kg/m.s 1,82 1,83 1,83 1,81 1,82 1,81 1,83 Re 45009,0 44762,4 46229,2 44434,3 45885,5 44417,5 44162,3
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
117
Tabela B.14: Consumo B50S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 25,73 27,34 28,61 16,59 27,68 18,54 28,82
Ar Filtro °C 25,78 27,65 28,92 18,53 27,61 20,53 28,86
Gases de Eaxaustão °C 147,33 232,81 331,97 395,49 427,29 557,33 551,38
Conbustível °C 31,83 34,41 35,06 28,03 32,14 33,43 34,82
Consumo kg/h 2,90 3,61 5,49 7,39 8,34 10,15 14,78
Pressão Entrada P.O. mmH20 82 80 78 79 79 77 76
Queda de Pressão P.O. mmH20 41 39 38 42 39 40 36
Corrente A 0,0 25,1 50,4 69,1 25,8 94,1 94,7 Tensão V 220,3 219,8 219,5 219,2 2219,9 219,3 219,2
Potência kVA 0,0 9,6 19,2 26,2 99,2 35,8 36,0 Pressão mmHg 690 691 692 701 689 700 692
Temp. Ambiente ºC 26,5 30 33 28 27,5 29 31
Humidade Relativa % 334,84 30,5 26,8 28,2 32,6 25,1 28
Patm mbar 915,53 916,28 917,11 929,88 914,04 928,38 917,44 DP1 mmH2O 82 80 78 79 79 77 76 DP mmH2O 41 39 38 42 39 40 36
Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,06 1,12 1,06 1,11 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 144,97 147,05 145,07 156,15 146,91 151,87 141,31 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 135,13 137,85 136,47 139,89 138,05 137,24 132,88 v m/s 10,97 11,19 11,08 11,36 11,21 11,14 10,79
Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,86 1,81 1,85 1,82 1,86 Re 42110,9 42511,7 41802,1 46224,0 42474,1 44720,5 40724,5
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
118
Tabela B.15: Consumo B50S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 24,41 17,07 18,16 18,06 22,01 16,07 21,16
Ar Filtro °C 24,35 18,73 20,10 20,61 23,05 18,25 22,45
Gases de Eaxaustão °C 148,74 228,92 324,22 410,73 422,72 548,93 527,96
Conbustível °C 26,15 31,78 34,29 30,78 28,83 32,71 32,54
Consumo kg/h 2,09 3,77 5,50 7,33 7,98 10,07 10,82
Pressão Entrada P.O. mmH20 81 80 80 78 79 77 77
Queda de Pressão P.O. mmH20 43 42 37 35 41 39 40
Corrente A 0,0 25,2 50,3 69,2 75,4 94,3 94,5 Tensão V 220,1 220,3 219,5 219,3 219,4 218,8 218,8
Potência kVA 0,0 9,6 19,1 26,3 28,7 35,7 35,8 Pressão mmHg 693 693 694 700 693 700 688
Temp. Ambiente ºC 25 27 28,5 30,5 27 28 27,5
Humidade Relativa % 41,4 35,5 32,7 24,4 34,5 25 33,7
Patm mbar 919,76 919,43 920,51 928,13 919,43 928,55 912,71 DP1 mmH2O 81 80 80 78 79 77 77 DP mmH2O 43 42 37 35 41 39 40
Rho1 kg/m3 1,08 1,10 1,10 1,11 1,09 1,12 1,08 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 155,10 154,98 145,47 142,15 152,13 150,59 149,93 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 143,23 140,49 132,34 128,52 139,96 135,00 138,69 v m/s 11,63 11,41 10,74 10,43 11,36 10,96 11,26
Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,81 1,82 1,82 1,83 1,81 1,83 Re 45219,2 45851,8 42883,7 41851,0 44502,7 44611,3 43928,5
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
119
Tabela B.16: Consumo B85S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 29,73 28,13 28,60 17,45 29,35 16,42 29,13
Ar Filtro °C 29,38 28,42 28,96 19,46 29,25 18,70 29,57
Gases de Eaxaustão °C 148,04 234,38 330,85 401,16 427,70 551,87 541,34
Conbustível °C 27,30 34,37 36,89 25,43 31,25 30,04 35,70
Consumo kg/h 2,17 3,82 5,78 7,64 7,94 10,03 11,54
Pressão Entrada P.O. mmH20 76 79 77 79 77 77 76
Queda de Pressão P.O. mmH20 40 39 38 41 38 35 37
Corrente A 0,0 25,1 50,3 68,8 75,6 93,8 94,6 Tensão V 219,9 219,9 219,5 219,2 219,5 218,9 218,5
Potência kVA 0,0 9,6 19,1 26,1 28,7 35,5 35,8 Pressão mmHg 686 687 686 700 687 700 686
Temp. Ambiente ºC 29 31 33 27 31 28 31,5
Humidade Relativa % 17,1 19,1 16,7 24,9 16,5 20 15,5
Patm mbar 909,81 910,81 909,16 928,72 910,81 928,55 909,40 DP1 mmH2O 76 79 77 79 77 77 76 DP mmH2O 40 39 38 41 38 35 37
Rho1 kg/m3 1,05 1,06 1,05 1,11 1,05 1,11 1,05 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 148,10 146,63 144,58 154,04 144,67 142,73 142,63 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 140,67 138,64 137,22 138,61 137,19 128,16 135,62 v m/s 11,42 11,26 11,14 11,25 11,14 10,41 11,01
Mu1x10^5 kg/m.s 1,86 1,86 1,86 1,81 1,86 1,81 1,86 Re 42625,0 42305,5 41656,4 45486,4 41651,1 42233,1 41031,1
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
120
Tabela B.17: Consumo B85S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 18,98 20,19 20,62 16,76 20,18 17,02 20,57
Ar Filtro °C 20,12 21,64 22,16 19,09 21,48 19,22 22,03
Gases de Eaxaustão °C 143,98 233,00 322,03 403,45 417,40 553,84 528,19
Conbustível °C 32,18 34,77 34,08 31,20 32,06 33,51 34,81
Consumo kg/h 2,30 3,71 5,37 7,49 7,93 10,04 11,78
Pressão Entrada P.O. mmH20 82 81 79 79 78 78 70
Queda de Pressão P.O. mmH20 41 41 44 39 43 39 40
Corrente A 0,0 25,1 50,6 69,0 75,6 94,1 94,4 Tensão V 220,1 219,8 219,5 219,4 219,2 218,7 219,6
Potência kVA 0,0 9,5 19,2 26,2 28,7 35,6 35,9 Pressão mmHg 692 693 692 700 693 700 693
Temp. Ambiente ºC 27,5 29 29 28,5 29 29 30
Humidade Relativa % 33,2 32,2 31,3 26,5 30,5 25,7 30,8
Patm mbar 918,02 919,10 917,77 928,46 919,10 928,38 918,93 DP1 mmH2O 82 81 79 79 78 78 70 DP mmH2O 41 41 44 39 43 39 40
Rho1 kg/m3 1,10 1,09 1,09 1,11 1,09 1,11 1,09 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 152,68 152,45 157,66 150,33 156,21 150,32 150,56 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 139,25 139,61 144,87 135,14 143,03 135,22 138,25 v m/s 11,31 11,34 11,76 10,97 11,61 10,98 11,22
Mu1x10^5 kg/m.s 1,82 1,83 1,83 1,81 1,82 1,81 1,83 Re 45009,0 44762,4 46229,2 44434,3 45885,5 44417,5 44162,3
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
121
Tabela B.18: Consumo B85S VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 25,86 27,03 24,02 26,91 26,39 30,63 25,74
Ar Filtro °C 25,66 27,38 24,82 26,66 26,54 30,42 26,45
Gases de Eaxaustão °C 142,81 231,95 323,58 411,95 423,67 572,29 592,65
Conbustível °C 27,36 34,65 37,66 25,30 30,37 29,33 35,51
Consumo kg/h 1,97 3,46 5,26 7,19 7,35 9,76 10,91
Pressão Entrada P.O. mmH20 69 80 79 79 78 75 75
Queda de Pressão P.O. mmH20 41 40 39 41 40 39 38
Corrente A 0,0 25,1 50,5 69,6 75,5 94,2 100,8 Tensão V 219,8 219,8 219,3 219,1 219,1 219,0 219,0
Potência kVA 0,0 9,6 19,2 26,4 28,6 35,7 38,2 Pressão mmHg 688 688 689 693 689 694 688
Temp. Ambiente ºC 26,5 30 31 27 28,5 29,5 30
Humidade Relativa % 22,5 20 21 23,3 18,2 20,3 18,5
Patm mbar 912,88 912,30 913,46 919,43 913,87 920,34 912,30 DP1 mmH2O 69 80 79 79 78 75 75 DP mmH2O 41 40 39 41 40 39 38
Rho1 kg/m3 1,07 1,06 1,07 1,07 1,07 1,06 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 150,95 148,84 147,76 151,43 149,27 146,95 145,45 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 141,25 140,00 137,64 141,02 139,81 138,48 136,46 v m/s 11,47 11,37 11,18 11,45 11,35 11,24 11,08
Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,84 1,85 1,85 1,87 1,85 Re 43861,6 43057,7 43027,4 43889,0 43276,7 42183,3 42177,3
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
122
Tabela B.19: Consumo B5M VARIÁVEL
MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1
CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 25,86 27,03 24,02 26,91 26,39 30,63 25,74
Ar Filtro °C 25,66 27,38 24,82 26,66 26,54 30,42 26,45
Gases de Eaxaustão
°C 142,81 231,95 323,58 411,95 423,67 572,29 592,65
Conbustível °C 27,36 34,65 37,66 25,30 30,37 29,33 35,51
Consumo kg/h 1,97 3,46 5,26 7,19 7,35 9,76 10,91
Pressão Entrada P.O.
mmH20 69 80 79 79 78 75 75
Queda de Pressão P.O.
mmH20 41 40 39 41 40 39 38
Corrente A 0 25,12 50,45 69,64 75,45 94,21 100,8
Tensão V 219,8 219,8 219,3 219,1 219,1 219 219
Potência kVA 0 9,563304 19,16286 26,42785 28,6327 35,73565 38,23537
Pressão mmHg 688 688 689 693 689 694 688
Temp. Ambiente ºC 26,5 30 31 27 28,5 29,5 30
Humidade Relativa % 22,5 20 21 23,3 18,2 20,3 18,5
Patm mbar 912,8779 912,3013 913,4624 919,4292 913,8748 920,3405 912,3013
DP1 mmH2O 69 80 79 79 78 75 75
DP mmH2O 41 40 39 41 40 39 38
Rho1 kg/m3 1,07 1,06 1,07 1,07 1,07 1,06 1,07
D mm 66 66 66 66 66 66 66
d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5
C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62
E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99
m kg/h 150,95 148,84 147,76 151,43 149,27 146,95 145,45
m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04
Q m3/h 141,25 140,00 137,64 141,02 139,81 138,48 136,46
v m/s 11,47 11,37 11,18 11,45 11,35 11,24 11,08
Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,84 1,85 1,85 1,87 1,85
Re 43861,62 43057,69 43027,43 43889,01 43276,72 42183,28 42177,29
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
123
Tabela B.20: Consumo B5M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 27,78 28,57 25,91 17,99 28,51 18,49 28,69
Ar Filtro °C 27,75 29,10 25,19 19,50 28,57 20,38 29,01
Gases de Eaxaustão °C 143,01 236,02 323,37 411,53 405,97 552,31 578,31
Conbustível °C 30,79 35,71 29,94 31,40 32,72 31,77 36,16
Consumo kg/h 1,91 3,46 5,23 6,84 7,37 9,46 11,64
Pressão Entrada P.O. mmH20 81 78 76 79 77 76 74
Queda de Pressão P.O. mmH20 41 47 40 41 40 39 38
Corrente A 0,0 25,1 50,5 69,1 75,6 94,2 101,3 Tensão V 220,1 219,8 219,6 219,2 219,4 219,4 219,2
Potência kVA 0,0 9,6 19,2 26,2 28,7 35,8 38,5 Pressão mmHg 689 689 689 699 689 699 689
Temp. Ambiente ºC 28,5 31 32 29 29,5 29,5 31
Humidade Relativa % 23,7 20,9 21,5 24,5 20,9 22,9 21,7
Patm mbar 913,87 913,46 913,30 927,05 913,71 926,97 913,46 DP1 mmH2O 81 78 76 79 77 76 74 DP mmH2O 41 47 40 41 40 39 38
Rho1 kg/m3 1,06 1,06 1,10 1,12 1,06 1,11 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 150,59 160,74 153,38 150,60 148,71 149,94 144,87 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 141,56 151,90 138,95 135,02 140,26 135,65 136,92 v m/s 11,49 12,33 11,28 10,96 11,39 11,01 11,12
Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,86 1,81 1,81 1,86 1,82 1,86 Re 43522,9 46296,2 45493,0 44603,3 42890,5 44171,0 41736,6
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
124
Tabela B.21: Consumo B5M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 24,94 27,63 16,23 16,09 28,55 14,70 15,46
Ar Filtro °C 24,84 27,69 17,79 18,33 28,57 16,51 16,78
Gases de Eaxaustão °C 146,67 234,56 321,43 392,14 443,89 514,60 528,50
Conbustível °C 28,53 33,62 26,80 28,10 31,02 25,11 22,45
Consumo kg/h 1,93 3,47 5,35 7,43 7,38 9,48 12,41
Pressão Entrada P.O. mmH20 82 79 81 79 77 80 81
Queda de Pressão P.O. mmH20 38 43 41 39 42 40 41
Corrente A 0,0 25,2 51,0 69,1 76,4 95,3 94,7 Tensão V 220,1 229,2 220,3 219,2 220,2 219,5 218,4
Potência kVA 0,0 10,0 19,4 26,2 29,1 36,2 35,8 Pressão mmHg 693 692 691 700 693 691 691
Temp. Ambiente ºC 25,5 28 26 28 27,5 23,5 22,5
Humidade Relativa % 34,3 29,9 30,7 23 28,6 34,6 39,1
Patm mbar 919,68 917,94 916,94 928,55 919,35 917,35 917,52 DP1 mmH2O 82 79 81 79 77 80 81 DP mmH2O 38 43 41 39 42 40 41
Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,10 1,12 1,07 1,11 1,11 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 146,01 154,43 153,38 150,60 152,65 151,81 153,53 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 135,06 144,54 138,95 135,02 143,10 136,88 138,52 v m/s 10,97 11,74 11,28 10,96 11,62 11,11 11,25
Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,85 1,81 1,81 1,86 1,80 1,80 Re 42516,2 44640,0 45493,0 44603,3 44026,7 45181,4 45659,3
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
125
Tabela B.22: Consumo B20M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 26,19 29,54 29,32 17,80 29,67 18,47 31,34
Ar Filtro °C 25,82 29,32 33,29 20,26 28,97 20,39 30,75
Gases de Eaxaustão °C 142,80 228,87 318,69 398,90 425,58 542,76 601,35
Conbustível °C 24,54 29,53 33,16 27,84 26,30 32,67 30,02
Consumo kg/h 2,08 3,64 5,58 7,01 7,60 9,73 11,46
Pressão Entrada P.O. mmH20 80 78 78 80 76 76 75
Queda de Pressão P.O. mmH20 42 42 40 40 28 40 38
Corrente A 0,0 25,1 50,5 69,4 75,5 94,4 101,1 Tensão V 220,0 219,7 219,3 219,3 219,1 219,4 218,9
Potência kVA 0,0 9,6 19,2 26,4 28,7 35,9 38,3 Pressão mmHg 691 691 692 694 691 694 692
Temp. Ambiente ºC 26 28 28 29 29 30,5 29
Humidade Relativa % 25,3 22,5 25,5 27,1 19,3 24,7 22,9
Patm mbar 916,94 916,61 917,94 920,42 916,44 920,17 917,77 DP1 mmH2O 80 78 78 80 76 76 75 DP mmH2O 42 42 40 40 28 40 38
Rho1 kg/m3 1,07 1,06 0,00 1,10 1,06 1,10 1,06 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 153,09 152,27 146,97 151,24 124,82 151,23 144,79 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,03 0,04 0,04 Q m3/h 142,54 143,51 138,46 137,68 117,55 137,82 136,97 v m/s 11,57 11,65 11,24 11,18 9,54 11,19 11,12
Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,86 1,86 1,82 1,86 1,82 1,87 Re 44465,2 43834,3 42432,2 44567,6 35963,6 44547,8 41528,7
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
126
Tabela B.23: Consumo B20M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 22,65 25,49 27,86 17,30 24,65 17,77 27,50
Ar Filtro °C 22,77 25,53 28,16 19,31 24,56 19,71 27,50
Gases de Eaxaustão °C 195,77 226,28 410,18 397,53 422,65 545,26 596,93
Conbustível °C 24,57 27,10 30,79 26,78 23,65 31,27 28,90
Consumo kg/h 2,12 3,60 5,43 7,03 7,48 9,58 11,78
Pressão Entrada P.O. mmH20 83 81 78 78 80 77 82
Queda de Pressão P.O. mmH20 42 41 39 40 49 39 38
Corrente A 0,0 25,1 50,3 69,1 75,2 93,7 100,7 Tensão V 219,5 219,7 219,3 219,3 219,0 218,2 219,0
Potência kVA 0,0 9,6 19,1 26,2 28,5 35,4 38,2 Pressão mmHg 691 691 689 699 691 700 691
Temp. Ambiente ºC 23 26,5 31 30 25,5 30 29
Humidade Relativa % 28,8 23,8 18,4 23,6 25,3 22,5 18,5
Patm mbar 917,44 916,86 913,46 926,89 917,02 928,21 916,44 DP1 mmH2O 83 81 78 78 80 77 82 DP mmH2O 42 41 39 40 49 39 38
Rho1 kg/m3 1,09 1,08 1,06 1,11 1,08 1,11 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 153,88 151,45 146,97 152,08 165,66 150,23 145,58 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,05 0,04 0,04 Q m3/h 141,68 140,87 138,46 137,06 153,57 135,40 136,35 v m/s 11,50 11,44 11,24 11,13 12,47 10,99 11,07
Mu1x10^5 kg/m.s 1,83 1,84 1,86 1,81 1,84 1,82 1,85 Re 45047,2 44022,0 42432,2 44925,3 48271,4 44332,7 42102,6
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
127
Tabela B.24: Consumo B20M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 26,57 28,62 29,10 17,56 28,18 17,68 28,82
Ar Filtro °C 26,61 28,94 29,42 20,41 28,23 19,86 28,78
Gases de Eaxaustão °C 148,23 238,54 327,75 387,21 426,67 543,57 588,58
Conbustível °C 29,17 33,96 35,03 31,75 31,34 33,19 33,93
Consumo kg/h 2,14 3,45 5,47 7,02 7,25 9,78 11,71
Pressão Entrada P.O. mmH20 76 79 79 78 78 77 76
Queda de Pressão P.O. mmH20 44 42 42 40 41 39 40
Corrente A 0,0 25,2 50,8 69,3 75,6 93,9 101,4 Tensão V 220,2 219,8 219,4 219,3 219,2 217,9 219,3
Potência kVA 0,0 9,6 19,3 26,3 28,7 35,5 38,5 Pressão mmHg 693 694 694 700 694 700 694
Temp. Ambiente ºC 27,5 29,5 31 30 29,5 29 30
Humidade Relativa % 27,5 26,7 26,4 22,7 25,7 21,3 23,9
Patm mbar 919,35 920,34 920,09 928,21 920,34 928,38 920,26 DP1 mmH2O 76 79 79 78 78 77 76 DP mmH2O 44 42 42 40 41 39 40
Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,06 1,11 1,07 1,11 1,07 D mm 66 66 66 66 66 66 66 d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 m kg/h 156,56 152,61 152,54 151,92 151,08 150,23 149,17 m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 Q m3/h 145,83 143,06 143,25 137,24 141,31 135,44 139,81 v m/s 11,84 11,62 11,63 11,14 11,47 11,00 11,35
Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,86 1,86 1,82 1,86 1,82 1,86 Re 45379,7 43973,1 43897,9 44748,0 43611,6 44314,4 43000,0
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
128
Tabela B.25: Consumo B35M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 1
CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 23,08 27,32 30,52 17,05 26,57 18,16 32,25
Ar Filtro °C 22,96 26,98 30,20 19,05 26,34 20,24 31,28
Gases de Eaxaustão °C 143,71 224,21 319,12 389,04 418,52 536,11 605,95
Conbustível °C 21,81 26,95 29,08 27,17 25,13 31,84 27,01
Consumo kg/h 2,14 3,72 6,79 7,58 7,89 9,94 11,33
Pressão Entrada P.O. mmH20 81 78 78 79 77 77 77
Queda de Pressão P.O. mmH20 42 41 40 41 41 39 40
Corrente A 0 25,12 50,54 69,24 75,3 94,12 101,6
Tensão V 219,6 219,7 219,5 219,4 219,1 218,9 219,2
Potência kVA 0 9,55895 19,2146 26,312 28,5758 35,6852 38,574
Pressão mmHg 692 692 692 694 692 693 692
Temp. Ambiente ºC 23 26 28 28 26 29,5 26
Humidade Relativa % 31,6 25,5 21,4 27,4 25,8 25,4 18
Patm mbar 918,77 918,27 917,94 920,59 918,27 919,01 918,27
DP1 mmH2O 81 78 78 79 77 77 77
DP mmH2O 42 41 40 41 41 39 40
Rho1 kg/m3 1,09 1,07 1,06 1,10 1,07 1,10 1,06
D mm 66 66 66 66 66 66 66
d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5
C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62
E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99
m kg/h 153,85 151,15 148,63 153,41 151,38 149,29 148,50
m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04
Q m3/h 141,58 141,09 140,29 139,06 141,02 136,14 140,62
v m/s 11,50 11,46 11,39 11,29 11,45 11,05 11,42
Mu1x10^5 kg/m.s 1,83 1,85 1,87 1,81 1,85 1,82 1,87
Re 45018,45 43770,22 42691,56 45351,39 43909,29 43994,19 42534,73
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
129
Tabela B.26: Consumo B35M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 2
CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 25,70 26,10 25,36 14,76 26,75 17,73 25,51
Ar Filtro °C 26,16 26,88 26,19 16,68 27,18 19,85 25,82
Gases de Eaxaustão °C 148,03 238,76 323,56 385,28 428,57 555,40 585,36
Conbustível °C 32,97 36,35 35,22 26,59 34,33 33,59 34,67
Consumo kg/h 2,08 3,55 5,38 7,14 7,55 9,94 12,26
Pressão Entrada P.O. mmH20 80 80 80 79 78 76 77
Queda de Pressão P.O. mmH20 39 40 39 42 38 39 37
Corrente A 0 25,38 50,39 69,15 75,45 93,7 101,1
Tensão V 220,2 219,8 219,5 219,2 219,2 218,6 219,3
Potência kVA 0 9,66229 19,1575 26,2539 28,6458 35,4773 38,4017
Pressão mmHg 691 691 692 700 691 700 692
Temp. Ambiente ºC 30 31,5 31 25,5 31 29 29,5
Humidade Relativa % 29,3 27,5 30,2 29,9 27,1 25,5 29,8
Patm mbar 916,28 916,03 917,44 928,97 916,11 928,38 917,69
DP1 mmH2O 80 80 80 79 78 76 77
DP mmH2O 39 40 39 42 38 39 37
Rho1 kg/m3 1,07 1,07 1,07 1,12 1,07 1,11 1,07
D mm 66 66 66 66 66 66 66
d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5
C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62
E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99
m kg/h 147,39 149,14 147,58 156,53 145,42 150,14 143,95
m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04
Q m3/h 137,48 139,48 137,49 139,48 136,16 135,38 133,95
v m/s 11,16 11,32 11,16 11,32 11,06 10,99 10,88
Mu1x10^5 kg/m.s 1,85 1,85 1,85 1,80 1,85 1,82 1,84
Re 42771,58 43198,23 42823,21 46565,43 42091,29 44291,26 41809,51
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
130
Tabela B.27: Consumo B35M VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE Teste Nº 3
CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 27,50 30,00 37,50 40,00
Ar Entrada P.O. °C 24,93 25,02 24,09 16,04 25,09 17,63 24,59
Ar Filtro °C 24,89 25,54 24,89 18,31 25,30 20,13 25,11
Gases de Eaxaustão °C 142,97 231,36 384,49 388,77 413,91 552,21 565,45
Conbustível °C 29,09 33,27 35,16 28,03 30,87 33,96 34,06
Consumo kg/h 1,86 3,65 4,24 7,81 7,69 10,07 11,50
Pressão Entrada P.O. mmH20 81 80 78 80 78 78 76
Queda de Pressão P.O. mmH20 40 40 38 41 38 40 37
Corrente A 0 25,1 50,45 69,12 75,93 93,9 102,2
Tensão V 220 219,8 219,5 219,4 219,5 218,7 219,5
Potência kVA 0 9,55569 19,1803 26,2664 28,8675 35,5693 38,8549
Pressão mmHg 690 691 690 700 690 700 690
Temp. Ambiente ºC 26,5 29 30 28 28 30 30
Humidade Relativa % 30,5 26,3 23,8 21,8 24 20,7 23,3
Patm mbar 915,53 916,44 914,95 928,55 915,28 928,21 914,95
DP1 mmH2O 81 80 78 80 78 78 76
DP mmH2O 40 40 38 41 38 40 37
Rho1 kg/m3 1,08 1,07 1,07 1,12 1,07 1,11 1,07
D mm 66 66 66 66 66 66 66
d mm 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5 49,5
C 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62
E 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21
Epson ? 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99
m kg/h 149,48 149,53 145,93 154,39 145,87 152,05 144,02
m kg/s 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04
Q m3/h 138,93 139,16 135,76 138,39 135,85 137,22 134,11
v m/s 11,28 11,30 11,02 11,24 11,03 11,14 10,89
Mu1x10^5 kg/m.s 1,84 1,84 1,84 1,81 1,84 1,82 1,84
Re 43519,53 43462,75 42486,28 45728,82 42426,09 44819,19 41906,70
Re min. 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5 46777,5
131
APÊNDICE C – TESTES DE EMISSÕES
Tabela C.1: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B0 – Teste Nº 1
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,89 3,43 5,23 7,53 10,05
CO ppm 218,00 166,00 29,00 0,00 580,00
O2 % 16,40 14,60 12,40 9,70 6,80
HC ppm 210,00 174,00 181,00 195,00 325,00
CH4 ppm 72,00 58,00 64,00 64,00 141,00
Tabela C.2: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B0 – Teste Nº 2
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,70 3,24 5,04 7,24 9,70
CO ppm 524,00 431,00 283,00 228,00 740,00
O2 % 17,80 15,90 13,90 11,40 8,80
HC ppm 105,00 96,00 95,00 91,00 146,00
CH4 ppm 36,00 32,00 32,00 30,00 62,00
Tabela C.3: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B0 – Teste Nº 3
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,70 3,24 5,04 7,24 9,70
CO ppm 524,00 431,00 283,00 228,00 740,00
O2 % 17,80 15,90 13,90 11,40 8,80
HC ppm 105,00 96,00 95,00 91,00 146,00
CH4 ppm 36,00 32,00 32,00 30,00 62,00
132
Tabela C.4: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B5M – Teste Nº 1
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,94 3,26 5,05 7,38 9,84
CO ppm 424 427 283 210 800
O2 % 20,5 16,6 14,4 11,7 8,8
HC ppm 228 191 195 208 344
CH4 ppm 91 79 84 89 169
Tabela C.5: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B5M – Teste Nº 2
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,85 3,37 5,17 7,35 9,67
CO ppm 208 163 70 0 400
O2 % 16,5 14,9 12,9 10,5 8,0
HC ppm 106 91 90 90 133
CH4 ppm 37 30 29 31 56
Tabela C.6: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B5M – Teste Nº 3
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,73 3,23 4,99 7,17 9,60
CO ppm 444 355 202 123 452
O2 % 17,4 15,3 13,3 10,9 8,3
HC ppm 0 0 0 0 0
CH4 ppm 0 0 0 0 0
133
Tabela C.7: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B20M – Teste Nº 1
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,72 3,27 5,09 7,40 9,83
CO ppm 455 410 260 195 771
O2 % 18,4 16,5 14,4 11,7 8,8
HC ppm 236 198 197 210 335
CH4 ppm 85 71 70 81 145
Tabela C.8: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B20M – Teste Nº 2
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,82 3,35 5,10 7,36 9,72
CO ppm 290 230 68 6 430
O2 % 16,5 14,8 12,9 10,5 8,0
HC ppm 119 105 104 115 146
CH4 ppm 42 36 37 42 63
Tabela C.9: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B20M – Teste Nº 3
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,72 3,25 5,00 7,20 9,59
CO ppm 306 270 104 26 420
O2 % 16,9 15,2 13,3 10,9 8,3
HC ppm 0 0 0 0 0
CH4 ppm 0 0 0 0 0
134
Tabela C.10: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B35M – Teste Nº 1 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,76 3,29 5,11 7,44 9,81
CO ppm 479 434 260 198 698
O2 % 18,3 16,5 14,4 11,7 9,0
HC ppm 225 192 198 210 328
CH4 ppm 86 68 75 77 147
Tabela C.11: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B35M – Teste Nº 2
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,85 3,41 5,17 7,35 9,67
CO ppm 479 386 179 104 540
O2 % 17,3 15,3 13,1 10,6 8,1
HC ppm 115 104 104 102 154
CH4 ppm 39 34 33 34 62
Tabela C.12: Análise dos Gases da Exaustão VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B35M – Teste Nº 3
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,80 3,30 5,03 7,29 9,57
CO ppm 238 224 71 19 410
O2 % 16,8 15,2 13,3 10,8 8,3
HC ppm 0 0 0 0 0
CH4 ppm 0 0 0 0 0
135
Tabela C.13: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B5S – Teste Nº 1 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,88 3,43 5,20 7,42 9,87
CO ppm 303 234 68 Erro 560
O2 % 16,4 14,5 12,4 9,7 6,9
HC ppm 215 198 182 193 325
CH4 ppm 77 66 63 72 133
Tabela C.14: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B5S – Teste Nº 2 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,74 3,26 5,02 7,29 9,70
CO ppm 424 365 231 169 760
O2 % 17,4 15,7 13,8 11,4 8,8
HC ppm 118 100 98 97 144
CH4 ppm 40 33 31 30 60
Tabela C.15: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B5S – Teste Nº 3 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,67 3,23 5,01 7,33 9,77
CO ppm 451 370 234 153 680
O2 % 18,4 16,4 14,4 11,7 8,8
HC ppm 0 0 0 0 0
CH4 ppm 0 0 0 0 0
136
Tabela C.16: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B20S – Teste Nº 1 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,84 3,42 5,20 7,45 9,81
CO ppm 267 234 110 48 505
O2 % 16,4 14,5 12,4 9,7 7,0
HC ppm 204 205 198 207 333
CH4 ppm 69 60 65 70 142
Tabela C.17: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B20S – Teste Nº 2 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,72 3,26 5,04 7,36 9,76
CO ppm 441 358 241 176 770
O2 % 17,5 15,8 13,8 11,3 8,8
HC ppm 280 252 260 280 430
CH4 ppm 95 82 86 94 183
Tabela C.18: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B20S – Teste Nº 3 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,75 3,26 5,03 7,29 9,67
CO ppm 382 300 176 127 625
O2 % 18,3 16,5 14,4 11,7 8,9
HC ppm 0 0 0 0 0
CH4 ppm 0 0 0 0 0
137
Tabela C.19: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B35S – Teste Nº 1 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,91 3,42 5,20 7,36 9,91
CO ppm 334 296 156 101 560
O2 % 16,3 14,5 12,4 9,8 6,9
HC ppm 193 175 181 187 330
CH4 ppm 65 58 58 64 133
Tabela C.20: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B35S – Teste Nº 2 CARGA nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,76 3,27 5,03 7,34 9,81
CO ppm 390 331 234 150 707
O2 % 17,4 15,8 13,9 11,4 8,8
HC ppm 295 263 267 293 440
CH4 ppm 96 85 89 98 184
Tabela C.21: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B35S – Teste Nº 3 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,73 3,26 5,05 7,34 9,76
CO ppm 341 303 150 133 650
O2 % 18,3 16,5 14,3 11,7 8,8
HC ppm 0 0 0 0 0
CH4 ppm 0 0 0 0 0
138
Tabela C.22: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B50S – Teste Nº 1 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,89 3,45 5,21 7,45 9,77
CO ppm 513 413 270 283 810
O2 % 17,6 15,3 12,8 10,0 7,0
HC ppm 188 157 165 201 355
CH4 ppm 60 46 49 59 133
Tabela C.23: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B50S – Teste Nº 2 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,77 3,28 5,09 7,39 9,74
CO ppm 327 310 208 130 640
O2 % 17,4 15,8 13,8 11,4 8,9
HC ppm 292 266 269 287 426
CH4 ppm 96 85 86 98 174
Tabela C.24: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B50S – Teste Nº 3 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00 37,50
CO2 % 1,74 3,27 5,06 7,40 9,86
CO ppm 310 283 166 130 718
O2 % 18,3 16,5 14,3 11,7 8,8
HC ppm 0 0 0 0 0
CH4 ppm 0 0 0 0 0
139
Tabela C.25: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B85S – Teste Nº 1
Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00
CO2 % 1,9 3,4 5,2 7,42 9,77 CO ppm 368 344 200 135 655
O2 % 16,3 14,5 12,4 9,7 6,9 HC ppm 202 179 183 191 310
CH4 ppm 60 53 54 62 120
Tabela C.26: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B85S – Teste Nº 2 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00
CO2 % 1,83 3,33 5,1 7,41 9,8 CO ppm 306 257 180 136 612 O2 % 17,3 15,7 13,8 11,4 8,9 HC ppm 276 256 264 278 415
CH4 ppm 93 84 86 93 177
Tabela C.27: Análise dos Gases da Exaustão
VARIÁVEL MEDIDA UNIDADE B85S – Teste Nº 3 Carga nominal kW 0,00 10,00 20,00 30,00
CO2 % 1,75 3,30 5,09 7,42 9,94 CO ppm 296 267 180 130 583
O2 % 18,3 16,5 14,4 11,7 8,8 HC ppm 415 0 0 0 0 CH4 ppm 177 0 0 0 0