Estudo comparativo da combustão das misturas de diesel e biodiesel degradado termicamente.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Verde

Autores

Benitez Mendes, L.R. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL) ; Silva, C. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL)

Resumo

O principal método de produção de biodiesel é o método da transesterificação que resulta em subproduto o glicerol e éster alquílico (biodiesel). Este biocombustível renovável pode ser usado nos motores de 4 tempos do ciclo diesel. O objetivo deste trabalho e apresentar os resultados que consistem em misturas volumétricas entre o óleo diesel mineral (puro) S-10 e o biodiesel obtido a partir do óleo refinado: sem degradação (S1), degradado em uma hora (S2), degrado em três horas (S3) e degradado em 5 horas (S4), a proporção do biodiesel na composição do combustível foi fixada em 8% visando a legislação. Foi observado que conforme há a adição de cargas há um aumento na quantidade de consumo de combustível.

Palavras chaves

Biocombustível ; Rendimento; Sustentabilidade

Introdução

O desenvolvimento sustentável tem sido buscado há algumas décadas, com finalidade que seja ambientalmente correto, socialmente justo e economicamente viável. No entanto, a depleção dos estoques de combustível fósseis e a crescente preocupação com o meio ambiente tem gerado um grande interesse em combustíveis alternativos como o etanol e o biodiesel (TORRES, 2015). Segundo Beltrão e Oliveira (2008), como a crise do petróleo perpetua e a queima constante deste tipo de combustível de origem dos hidrocarbonetos leva ao esgotamento de suas fontes, e as questões ambientais sugerem o uso de fontes alternativas à base de triglicerídeos de origem de óleos vegetais. Os gases gerados da queima do óleo à base de triglicerídeos apresentam menor quantidade de substâncias agressivas ao meio ambiente, como a redução do dióxido de carbono, e principalmente, sendo um combustível limpo, diferenciando do diesel mineral, que possuem enxofre na sua composição, causando danos ao meio ambiente.As vantagens que o biodiesel apresenta em relação ao diesel de petróleo é o fator de ser renovável, não toxico, ter menor emissão de dióxido de carbono, diminuir o desgaste nas partes móveis do motor e ser mais viscoso, proporcionando maior lubricidade (GOMES, 2009). Segundo Ferrari et al (2005), o biodiesel pode ser definido como um mono álquil éster de ácidos graxos, produzido a partir de óleos vegetais e/ou gorduras animais, ambos puros ou residuais, pela reação de transesterificação catalítica com álcool de baixo peso molecular A mistura do éster alquílico com o diesel convencional é bastante proveitosa para indústria do petróleo, com relação as novas exigências, visando a diminuição das emissões de compostos sulfurados, aromáticos e partículas produzidas pelos motores de ciclo diesel (MORAES 2008).

Material e métodos

Durante este trabalho foram utilizados alguns equipamentos: Motor gerador marca gera Power Brasil GB3500, modelo ATIMA 178F; as cargas resistivas foram adotadas por meio de três resistores de aproximadamente; O biodiesel utilizado foi fornecido a partir de uma pesquisa de doutorado; diesel foi fornecido pela distribuidora, sendo o combustível fornecido foi o Diesel S- 10 puro, ou seja, diesel livre de adição de biodiesel como geralmente não encontrada nos postos de combustível. Neste estudo foram utilizadas quatro misturas volumétricas entre o biodiesel e o óleo diesel mineral. O biodiesel foi obtido a partir do óleo refinado: sem degradação S1, termicamente tratado, em uma hora S2, 3 horas S3 e 5 horas S4. A proporção deste na composição dos combustíveis foi fixada em 8% conforme a lei Nº 13.263 de 23 de março de 2016. A degradação da matéria-prima para a produção de biodiesel ocorreu a temperatura de de 175 ºC, o combustível MS1 mistura entre o diesel e o biodiesel sem degradação, MS2 mistura entre o diesel e o biodiesel degradado por uma hora, MS3 mistura entre o diesel e o biodiesel degradado por três horas e MS4 mistura entre o diesel e o biodiesel degradado por 5 horas. A simulação de carga foi realizada por meio de resistores elétricos. Após o intervalo de dez minutos adicionou-se a primeira carga, transcorrido mais dez minutos se adicionou a segunda carga e após mais dez minutos adicionou- se a terceira carga. Aplicando ao motor: 4,3; 8,6 e 12,9 kW. Durante a simulação foi analisada o consumo especifico de combustível e a eficiência do conjunto.

Resultado e discussão

A Gráfico 1 mostra o comportamento do Consumo especifico de combustível (CEC) do motor em função da variação da carga aplicada ao gerador demonstrando, deste modo, que o CEC é maior quando as cargas são relativamente baixas em 4,3 kW. Utilizando o diesel mineral, o CEC do conjunto motor gerador foi ligeiramente menor, comparado com os combustíveis MS1, MS2, MS3 e MS4. Segundo Castellanelli et al. (2008) a diferença de viscosidade entre o biodiesel e o óleo diesel também é um fator importante no CEC, causando atomização deficiente e provocando queima incompleta do combustível em regimes de baixas e médias rotações. Entre as misturas estudadas a que obteve melhor CEC foi o combustível MS2. O Gráfico 2 mostra as curvas das cargas (4,3 a 12,9 kW potência nominal) do conjunto de motor gerador. A eficiência na conversão da energia química do combustível em energia elétrica no conjunto motor gerador foi medida para todos os combustíveis. O máximo de eficiência obtida para o conjunto foi de 20,18%, operando com carga de 12,9 kW e utilizando o combustível diesel. O melhor resultado obtido foi para o combustível MS2 que operando na mesma carga sua eficiência foi de 19,31%, e o pior resultado foi obtido para o combustível MS1 com eficiência de 16,76%. Como esperado os combustíveis que apresentaram biodiesel na sua composição comparando com o combustível diesel possuem uma elevação no seu consumo, um dos motivos para que isto ocorra é o seu poder calorifico inferior ao diesel mineral, pois o biodiesel possui em sua composição química e constituído majoritariamente por moléculas oxigenadas. Dentre todos os combustíveis analisados nos ensaios, aquele que se comportou com características mais próximas ao diesel mineral foi, o combustível MS2.

Consumo específicos dos combustíveis.


Eficiência do conjunto motor gerador.

Conclusões

Os testes indicam que o diferente tipo de biodiesel utilizado na mistura com o diesel mineral provoca um consumo diferente para cada tipo de combustível. Portanto, se um motor abastecido com óleo diesel gera uma determinada potência o motor funcionando na mesma condição, vai consumir mais combustível para gerar a mesma potência se estiver abastecido com 8% de biodiesel. O comportamento do motor gerador operando em cargas baixas 4,3 kW apresentou consumo específico de combustível elevado e, deste modo, o desempenho foi menor, provocando redução na eficiência (menor que 8%).

Agradecimentos

Gostaria de agradecer a todos aqueles que, de alguma forma, contribuíram e fizeram parte deste trabalho. A professora Carmem, obrigado pela dedicação, orientação.

Referências

ALVES, M. Carro Flex-Fuel: Uma Avaliação por Opções Reais. PUC-Rio Dissertação de Mestrado, 2007.
BELTRÃO, N. E. M., OLIVEIRA M. I. P. Oleaginosas e seus óleos: vantagens e desvantagens para produção de biodiesel. Embrapa, Campina Grande – PB, 2008.
Castellanelli, M.; Souza, S. N. M.; Silva, S. L.; Kailer, E. K. Desempenho de motor ciclo Diesel em bancada dinamométrica utilizando misturas diesel/biodiesel. Engenharia Agrícola, v.28, p.145-153, 2008.
FERRARI, R. A. et al. Biodiesel de soja: taxa de conversão em ésteres etílicos, caracterização físico-química e consumo em gerador de energia. Química Nova, v. 28, n. 1, 2005, p. 19-23.
GOMES, Michelle Mendes da Rocha. Produção de Biodiesel a partir da Esterificação dos ácidos graxos obtido por hidrólise de óleo de peixe. 2009. 76 f. Tese (Doutorado) - Curso de Química, Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2009.
MORAES, Maria Silvana Aranda. Biodiesel de sebo: Avaliação de propriedades e testes de consumo em motor a diesel. 2008. 105 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Química, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2008.
TORRES, PatrÍcia Zotti. Simulação do processo de produção de biodiesel usando etanol supercrítico. 2015. 53 f. Monografia (Especialização) - Curso de Engenharia Química, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015.