CROMATOGRAFIA GASOSA DE COMPOSTOS INORGÂNICOS NAS EMISSÕES DE MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA MOVIDO A BIODIESEL

Autores

1Ferreir Lopes, L.

Resumo

Os altos índices de concentrações de poluentes atmosféricos gerados nos grandes centros provindo da frota de veículos automotores e uso de combustíveis não renováveis levam a efeitos danosos à saúde. Com base nisto, o objetivo deste trabalho é analisar os gases poluentes (monóxido e dióxido de carbono) emitidos por motores de combustão interna movidos a biodiesel de soja, coco e algodão, na proporção de 30 %, alterando como parâmetro a rotação do motor em 2000, 2500 e 3500 rpm. As emissões de CO diminuíram em torno de 68%, com destaque para o biodiesel de coco. Outro resultado importante foi o aumento na vazão de CO2 emitida.

Palavras chaves

Poluição do ar; Biodiesel; Cromatografia

Introdução

As emissões dos poluentes são provenientes, especialmente, da queima de derivados de combustíveis fósseis como o óleo diesel e a gasolina e leva a efeitos danosos sobre a saúde, através de doenças pulmonares e cardiovasculares, além do agravamento de doenças existentes. Desta forma, legislações, decretos e inúmeros programas, como o PROCONVE (Programas de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores) e o PRONAR (Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar), contribuem com objetivo de conscientizar, fiscalizar e punir, a fim de mitigar a emissão de gases que contribuem diretamente para o agravamento do efeito estufa. Dentre eles, destacam-se o monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), óxidos de enxofre (SOx), óxidos de nitrogênio (NOx), material particulado (MP), hidrocarbonetos (HC’s) e aldeídos (RCHO). Com a poluição atmosférica, houve um crescimento significativo no tocante às discussões a respeito de novas formas de energia, estas fontes alternativas vêm para remodelar inúmeras situações que contribuem para o desgaste do meio ambiente. O Brasil apresenta um vasto território e condições naturais favoráveis para a síntese de insumos necessários no avanço na produção e desenvolvimento de biocombustíveis, em especial o biodiesel. O biodiesel é um biocombustível sintetizado quimicamente atendendo as especificações da Agência Nacional do Petróleo (ANP) e sua classificação está relacionado com o teor, em volume, estabelecido pela legislação vigente, artigo 2º da Lei n° 11.097/2005, determinando obrigatoriedade na comercialização e incorporação na matriz energética do País, iniciado com B2 em 2008 (98% de diesel e 2% biodiesel) e com acréscimo anual em sua proporção, garantiu uma posição de destaque do Brasil em relação aos outros países.

Material e métodos

As amostras de biodieseis foram doadas pelo Laboratório de Química do Centro Universitário Anhanguera de Niterói, estas amostras foram utilizadas no motor e os gases foram coletados, conforme Borba et al, p. 55, 2018, através de seringas plásticas de 60 mL, com válvula de abre-e-fecha. A técnica utilizada pelo método direto, reduz o tempo de armazenamento das amostras, pois não possui adsorvente nem prévio tratamento. Para a calibração do CO e CO2, o analito foi direcionado para o cromatógrafo, após ajuste de sua vazão(1,5, 3,0 e 7,0 mL min-1). Os parâmetros utilizados no cromatógrafo a gás modelo Agilent 7890A tiveram a seguinte programação: temperatura inicial de 50 ºC mantida por 2 min; aquecimento a uma taxa de 30,0 °C min-1 até 175 °C por 4 min; aquecimento a uma taxa de 30 ºC min-1 até 230 ºC por 2 min, completando a rampa de aquecimento. O tempo de corrida foi de 14 minutos. Para início de experimento o motor Diesel passou previamente por uma fase de manutenção, a continuar, foi-se necessária uma adaptação na tubulação de escapamento dos gases antes do catalisador, a fim de manter as características das emissões gasosas de cada amostra. Um sistema de reservatório externo foi adaptado como tanque de combustível alternativo, facilitando as trocas de combustível e limpeza do sistema. Um lavador de gases foi inserido no sistema com objetivo de condensar os vapores de água. Os gases coletados foram enviados para análise cromatográfica, Figura 1. Para a quantificação e qualificação dos gases nas misturas diesel/biodiesel (B30), foram coletados, ao todo 27 amostras em seringas, em triplicata. As seringas de plástico, entre uma amostragem e outra foram limpas para retirada de odores, compostos contaminantes e ambientalizadas.

Resultado e discussão

O teor de emissões de CO foi reduzido em aproximadamente 68% com aumento de rotação de 2000 a 3500 rpm utilizando biodiesel de coco, como mostra a Figura 3. Para Bhuiya et al, p.24, 2017, a emissão de CO diminui com o aumento da rotação para todas as misturas de biodiesel, isso pode ser atribuído ao melhor processo de mistura de ar/combustível e/ou os aumentos da razão de equivalência combustível/ar com os aumentos na velocidade do motor. Costa, p. 10, 2017, explica que isto ocorre devido a melhor eficiência volumétrica do motor, conforme o aumento da massa de ar admitido e a pressão positiva no coletor de admissão, fazendo a melhor atomização da mistura ar/combustível e consequentemente uma combustão mais completa. Conforme Gomes et al, p.11, 2013, o biodiesel contém mais oxigênio se comparado ao diesel, o que proporciona uma queima mais completa do combustível, reduzindo consequentemente a emissão de poluentes como hidrocarbonetos, óxidos de enxofre, monóxido de carbono e material particulado. Entretanto ocorre a presença de funções orgânicas oxigenadas nas emissões de misturas que contém biodiesel. Para finalizar, essa redução tem relação ao maior percentual de oxigênio no biodiesel, por parte de determinados óleos, e menor quantidade de carbono e ao número de cetano ser maior que do diesel. Os biodieseis de matérias primas de cadeias mais saturadas têm um efeito maior na diminuição de emissão de CO (VENTURI et al, p. 15, 2007; KOIKE et al, p. 16, 2010). Labeckas e Slavinskas, p. 12, 2005, realizaram testes em bancada de um motor diesel de quatro tempos, quatro cilindros, com misturas de 5%, 10%, 20% e 35% com combustível diesel e concluíram que as emissões de CO2 foram mais altas para as misturas B20 e B35. O mesmo ocorreu neste experimento.



Figura 1- Amostragem para coleta dos gases



Figura 2 - Equação de calibração para CO e CO2



Figura 3 - Vazão das emissões de CO e CO2



Conclusões

Com relação a combustão dos biodieseis, ficou evidenciado que quanto maior o teor de biodiesel na mistura menor a emissão de gases poluentes, com exceção do dióxido de carbono que aumentou, devido a melhor reação na câmara de combustão. O biodiesel de coco foi o que teve maior destaque com menos emissões. Finalizando o trabalho, este estudo apresenta resultados análogos a outros autores que afirmam o biodiesel como fonte energética de mitigar a poluição do ar, por ser um combustível renovável.

Agradecimentos

Referências

BORBA, P. F. de S.; MARTINS, E. M.; CORREA, S. M.; RITTER, E.; Emissão de gases do efeito estufa de um aterro sanitário no Rio de Janeiro Greenhouse gases emissions from a landfill in Rio de Janeiro. Eng Sanit Ambient. v.23, n.1, p. 101-111. DOI: 10.1590/S1413-41522018167438, 2018.
BHUIYA, M.; RASUL, M.; KHAN, M.; ASHWATH, N.; Performance and emission characteristic of binary mixture of poppy and waste cooking biodiesel. Energy Procedia. n 110, p. 523-528, 2017.
COSTA, L. G. A.; Desenvolvimento e validação de metodologia para determinar fármacos anti-tuberculose em efluente hospitalar. 2018. Dissertação (Mestrado em Química). Centro de ciências exatas e da terra, Instituto de Química. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal. 2018.
GOMES, S.; GAUER, M. A.; SCHIRMER, W. N.; SOUZA, S. N. M. de; Análise da concentração mássica de materiais particulados provenientes da combustão de diesel e biodiesel. Analysis of the mass concentration of particulate matter from the combustion of diesel and biodiesel. Ambiência - Revista do Setor de Ciências Agrárias e Ambientais. v. 9, n. 2, 2013.
LABECKAS, G.; SLAVINSKAS, S.; The effect of rapessed oil methyl ester on direct injection diesel engine performance and exhaust emissions. Energ. Convers, v. 47, p. 1954-1967. 2006.

VENTURI, V.; MENEZES, E. W. de; SILVA, R. da; CATALUÑA, R.; Relação ar/combustível e consumo específico para formulações de diesel/biodiesel. 30a Reunião 108. Anual da Sociedade Brasileira de Química. Sociedade Brasileira de Química (SBQ). São Paulo, 2007.

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