ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE GERADORES DE ENERGIA COM...
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i THADEU ALFREDO FARIAS SILVA ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE GERADORES DE ENERGIA COM BIODIESEL OBTIDO DE ÓLEOS DE FRITURA USADOS CAMPINAS 2014
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i
THADEU ALFREDO FARIAS SILVA
ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE GERADORES DE
ENERGIA COM BIODIESEL OBTIDO DE ÓLEOS DE
FRITURA USADOS
CAMPINAS
2014
ii
iii
iv
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vi
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“O coração do entendido
adquire o conhecimento e o ouvido dos sábios
busca a ciência.”.
(Proverbios cap. 18 vs 15 – Livro da Lei)
viii
ix
Dedico este trabalho aos meus pais, Noêmia (in memoriam) e Alfredo,
pela vida, pelo amor e pelas lições, a mim dedicados.
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xi
AGRADECIMENTOS
Ao Grande Arquiteto do Universo que me concedeu saúde e a tranquilidade de concluir
esta etapa tão importante para vida da minha família;
A minha esposa Sheila e aos meus filhos Rodrigo e Audrey pela paciência e apoio durante
todo o tempo;
Ao professor Elias Basile Tambourgi, pelo auxílio e pela orientação dedicados para o
sucesso na conclusão deste trabalho;
A empresa INFRAMASTER Engenharia LTDA, que através dos seus quatro sócios e
meus amigos, cederam o espaço dos Laboratórios de Metrologia e Eficiência Energética para
realização dos experimentos necessários para conclusão deste trabalho;
Ao professor José Carlos Curvelo Santana pela sua orientação durante o desenvolvimento
do trabalho;
A Universidade Nove de Julho UNINOVE, que produziu as misturas de biocombustíveis;
A todos aqueles conhecidos e anônimos, que contribuíram na logística de montagem,
testes e métodos desenvolvidos para obtenção do sucesso desejado.
xii
xiii
RESUMO
Neste trabalho analisou-se analisou os índices de eficiência de consumo de combustível e
emissões de gases poluentes de um gerador de energia elétrica de 6 KW operando com 50% da
carga nominal. Os equipamentos operaram com biodiesel obtido de óleos de fritura usados e
comparou-se nos experimentos o consumo do combustível de misturas de óleo mineral fóssil com
6% de concentração, comercializado nos postos de combustíveis, com biodiesel de óleos fritura
usados nas concentrações 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 75% e 100% (biocombustível puro),
observando-se com resultados o aumento de consumo. Relativo a emissão de gases observou-se
índices de emissão de monóxido de carbono (CO) favoráveis para as misturas com baixas
concentrações, sendo consideradas menos poluentes. No que tange a emissão de dióxido de
carbono (CO2), o gerador de energia apresentou índices razoáveis de queima de combustível,
considerada esta opção de biodiesel factível para sua utilização. Verificou-se ainda durante o
experimento que para as concentrações de mistura de biodiesel, não ocorrem variações de
potência elétrica na saída dos geradores, bem como variações significativas da intensidade sonora
que alterem características mecânicas ou elétricas do gerador de energia.
Palavras chave: Biodiesel; Energia – Fontes alternativas; Eficiencia energética.
xiv
xv
ABSTRACT
This paper analyzed the fuel consumption efficiency rates and greenhouse gas emissions
of an electric power generator 6 KW, operating at 50% of rated load. The equipment operated
with biodiesel obtained from used frying oils and compared in the experiments the consumption
of fossil fuel mineral oil mixtures with 6% concentration, sold at gas stations with biodiesel oils
frying used in concentrations of 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 75% and 100% (pure biodiesel),
observing results with increasing consumption. On the emission of gases was observed carbon
monoxide emission rates (CO) favorable for mixtures with low concentrations and is considered
less polluting. With regard to carbon dioxide (CO2), the power generator had reasonable rates of
burning fuel, biodiesel considered this feasible option to use. It was also found during the
experiment that for biodiesel blend concentrations, there were no variations in the electrical
power output of the generator, as well as significant variations in sound intensity which change
electrical or mechanical characteristics of the power generator.
Keywords: Biodiesel; Energy – Alternative sources; Energy efficiency.
xvi
xvii
SUMÁRIO
RESUMO .............................................................................................................................................. xiii
ABSTRACT ........................................................................................................................................... xv
SUMÁRIO ........................................................................................................................................... xvii
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................................ xix
LISTA DE TABELAS ........................................................................................................................... xxi
LISTA DE SIGLAS ............................................................................................................................. xxiii
NOMENCLATURA ............................................................................................................................. xxv
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 1
1.1 OBJETIVOS .................................................................................................................................. 3
1.1.1 Objetivo Geral ......................................................................................................................... 3
1.1.2 Objetivos Específicos .............................................................................................................. 3
2. REVISÃO DA BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................................... 4
2.1 GERADOR DE ENERGIA ............................................................................................................ 4
2.1.1 Classificação dos geradores de energia ..................................................................................... 5
2.1.2 Conversão de energia induzida para os geradores de energia .................................................... 7
2.2 PROPRIEDADES DO ÓLEO MINERAL FÓSSIL ...................................................................... 11
2.3 EMISSÃO DE GASES POLUENTES E NÃO POLUENTES ...................................................... 14
2.4 BIODIESEL ................................................................................................................................. 17
2.5 NORMAS E PADRÕES NACIONAIS DE CONTROLE DA POLUIÇÃO .................................. 25
3. MATERIAIS E MÉTODO ................................................................................................................. 28
3.1 EQUIPAMENTOS E MATERIAIS ............................................................................................. 28
3.1.1 Gerador de energia ................................................................................................................ 28
3.1.2 Registrador de grandezas de energia elétrica .......................................................................... 31
xviii
3.1.3 Registrador de níveis de percentagem de emissão de gases ..................................................... 34
3.1.4 Simulado de carga resistiva .................................................................................................... 37
3.1.5 Medidor de intensidade sonora ............................................................................................... 38
3.1.6 Preparação das blendas .......................................................................................................... 39
3.1.7 Medição do tempo de operação do gerador de energia ............................................................ 42
3.1.8 Aquecimento das misturas de biodiesel .................................................................................. 43
3.1.9 Determinação da viscosidade das misturas de biodiesel .......................................................... 44
3.2 METODO ADOTADO NO EXPERIMENTO .............................................................................. 45
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................................ 49
4.1 EFICIÊNCIA DA POTÊNCIA ATIVA ........................................................................................ 49
4.2 EFICIÊNCIA DA EMISSÃO DE GASES .................................................................................... 54
4.3 EFICIÊNCIA DO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL .................................................................. 61
4.4 EFICIÊNCIA DA INTESIDADE SONORA ................................................................................ 64
4.5 EFICIÊNCIA DA RELAÇÃO DA POTÊNCIA ATIVA EM RELAÇÃO DO CONSUMO .......... 66
4.6 EFICIÊNCIA DA QUALIDADE DO BIODIESEL DE ÓLEO DE FRITURA USADO................ 67
4.7 RESULTADO DA DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE DAS MISTURAS DE BIODIESEL 68
5. CONCLUSÕES ................................................................................................................................. 70
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................... 71
xix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Armadura giratória nos geradores. ............................................................................................. 9
Figura 2: Esquema da armadura girante de um gerador elementar. ............................................................ 9
Figura 3: Ligação dos fios no sistema tripolar. ........................................................................................ 16
Figura 4: Representação esquemático do efeito estufa. ........................................................................... 16
Figura 5: Fórmula estrutural de um triglicerídeo. .................................................................................... 19
Figura 6: Fluxograma do processo de produção de biodiesel por transesterificação. ................................ 21
Figura 7: Quadro de evolução de mistura no óleo diesel. ........................................................................ 22
Figura 8: Quadro de produção acumulada de biodiesel no Brasil. ........................................................... 23
Figura 9: Quadro de produção mensal de biodiesel no Brasil. ................................................................. 23
Figura 10: Foto do gerador de energia e painel de controle. .................................................................... 30
Figura 11: Foto do analisador de energia RE6000N. ............................................................................... 31
Figura 12: Figura dos relatórios gerados pelo ANL6000N. ..................................................................... 33
Figura 13: Foto da vista frontal do analisador de gases BOSCH, modelo BEA 724. ................................ 34
Figura 14: Foto da vista traseira do analisador de gases BOSCH, modelo BEA 724. ............................... 35
Figura 15: Foto com o detalhe da haste coletora . ................................................................................... 35
Figura 16: Foto da demonstração do software EasyGas. ......................................................................... 36
Figura 17: Foto do simulador de carga, lâmpadas e quadro de distribuição. ............................................ 37
Figura 18: Foto do decibelímetro............................................................................................................ 38
Figura 19: Foto das amostras de biocombustível filtrado e não filtrado. .................................................. 39
Figura 20: Foto das amostras de biocombustível produzidas ................................................................... 40
Figura 21: Foto do ebulidor de líquidos .................................................................................................. 43
Figura 22: Foto do viscosímetro. ............................................................................................................ 45
Figura 23: Croqui funcional de montagem do experimental. ................................................................... 46
Figura 24: Esquema do sistema Croqui funcional de montagem do experimental. ................................... 48
Figura 25: Gráfico das medições da potência ativa por blenda. ............................................................... 51
Figura 26: Gráfico da eficiência das potências ativas em relação a potência nominal máxima. ................ 53
Figura 27: Foto da tela do registrador de emissão de gases por blenda. ................................................... 54
Figura 28: Gráfico de medição do monóxido de carbono por blenda. ...................................................... 55
xx
Figura 29: Gráfico da eficiência de emissão de monóxido de carbono . ................................................... 57
Figura 30: Gráfico de medição do dióxido de carbono por blenda. .......................................................... 58
Figura 31: Gráfico da eficiência de emissão de dióxido de carbono. ....................................................... 60
Figura 32: Gráfico de medição do consumo de combustível por blenda. ................................................. 61
Figura 33: Gráfico da eficiência de consumo de combutível. .................................................................. 63
Figura 34: Gráfico de medição da intensidade sonora por blenda. ........................................................... 64
Figura 35: Gráfico da eficiência de intensidade sonora. .......................................................................... 65
Figura 36: Gráfico da eficiência da potência ativa pelo consumo de combustível. ................................... 66
Figura 37: Foto da amostra de combustível em decantação. .................................................................... 67
xxi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Limites de emissão de gases – ciclo Diesel. ............................................................................. 27
Tabela 2. Especificações técnicas resumidas do gerador de energia. ....................................................... 29
Tabela 3. Especificações técnicas resumidas do registrador de grandezas energia. .................................. 32
Tabela 4. Resultados do rendimento e densidade do biodiesel de óleo de fritura usado............................ 40
Tabela 5. Relação volumétrica de preparação das blendas. ..................................................................... 42
Tabela 6. Relação dos registros de grandezas elétricas por blendas. ........................................................ 50
Tabela 7. Relação das eficiências da potência ativa em relação a potência nominal máxima.................... 53
Tabela 8. Relação das medições de volume de emissão do monóxido de carbono por blenda. ................. 55
Tabela 9. Relação das eficiências de emissão de monóxido de carbono. .................................................. 57
Tabela 10. Relação das medições de volume de emissão do dióxido de carbono por blenda. ................... 58
Tabela 11. Relação das eficiências de emissão de dióxido de carbono.. ................................................... 60
Tabela 12. Relação das medições de consumo de combustíveis por blenda. ............................................ 73
Tabela 13. Relação das eficiências de consumo de combustível. ............................................................. 74
Tabela 14 Relação das medições de intensidade sonora por blenda. ........................................................ 76
Tabela 15. Relação das eficiências de intensidade sonora. ...................................................................... 76
Tabela 16. Eficiência da razão da potência pelo consumo de combustível. .............................................. 60
xxii
xxiii
LISTA DE SIGLAS
Abnt – Associação Brasileira de Normas Técnicas
AD – Active Directory
ANTT – Agência de Transportes Terrestres
AP – Ponto de anilina do combustível
Bx concentrações das blendas
CBX – Concentração da blenda
CB6 – Concentração de biodiesel
CF – concentração final
CEN – Consumo Energético
CI – Índice de Cetano
Chv – Consumo horário
CONAMA – Conselho Nacional de Meio Ambiente
DSP – Digital Signal Processor
FISPq – Ficha de Informações de Segurança Produtos Químicos
GAPI – Grau de classificação do petróleo
GEE – Geração de Efeito Estufa
INFRAMASTER – Empresa de Engenharia e Infraestrtura
MMA – Ministério do Meio Ambiente
PBT – Peso Bruto Total
PCI – Poder calorífico inferior
PCS – Poder calorífico superior
PNLT – Plano Nacional de Logística e Transportes
PROCONVE – Programa de Controle de Emissões de Veiculares
PRONAR – Plano Nacional de Controle de Qualidade do Ar
SISNAMA - Sistema Nacional do Meio Ambiente
VBX – Volume da blenda
VB6 – Volume da concentração de 6% de biocombustível
VF – concentração final
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xxv
NOMENCLATURA
A: ampère(s)
°C: grau(s) Celsius
CA: Corrente alternada
CC: Corrente contínua
CCD: Charge Coupled Device (Dispositivo de Cargas Acopladas)
Cg: centigrama(s)
Cm: centímetro(s)
cm2: centímetro(s) quadrado(s)
cm3: centímetro(s) cúbico(s)
cN: centinewton(s)
cos: função trigonométrica cosseno
CST: centistokes
dB: unidade de medição de intensidade sonora decibel(s)
g: grama(s)
Gbit: gigabit(s)
GHz: giga-hertz
g.kWh-1
: unidade de massa por unidade de potência
h: hora(s)
HP: "horse-power" (cavalo-vapor)
HRC: Rockwell C
Hz: Hertz
J: joule – unidade de energia
K: Kelvin – unidade de temperatura
k: quilo – fator multiplicativo da unidade por 1.000 ou 10³
kbit: quilobit(s)
kcal: quilocaloria(s)
kg: quilograma(s)
kg/m3: Quilograma por metro cúbico – unidade de massa específica
xxvi
kgf: quilograma(s) força
kg.h-1
: quilograma(s) força
k Hz: quilohertz
k N: quilonewton(s)
k Pa: quilopascal
k V: quilovolt(s)
k VA; quilovolt(s)-ampère(s)
k VAr: quilovolt(s)-ampère(s) reativo(s)
k W: quilowatt(s)
L; litro(s)
L.h-1: unidade de volume por unidade de tempo
m: metro(s)
m: mili – fator multiplicativo de divisão da unidade por 1.000 ou por 10-³
m metro – unidade de comprimento
m2: metro pó segundo ao quadrado – unidade de área
m/s2: metros por segundo ao quadrado – unidade de aceleração
m: meta-
m3: metro(s) cúbico(s)
mbar: milibar(es)
M: mega – índice de multiplicação da unidade por 1.000.000 ou 106
Mbit: megabit(s)
µCi: microcurie(s)
mg: miligrama(s)
MHz: megahertz
min: minuto(s)
ml: mililitros(s)
mm: milímetro(s)
m N: milinewton(s)
M Pa: megapascal(is)
M W: megawatt(s)
xxvii
MJ.h-1
: unidade de energia por unidade de tempo
N: newton(s)
nm: nanometro(s)
Nm: newton(s)metro
N/m2: Newton por metro quadrado – unidade de pressão
N/m3: Newton por metro cúbico – unidade de peso específico
ns: nanosegundo(s)
orto- orto
para- para
Pc porce
Ω ohm – unidade de resistência elétrica
pH potencial hidrogeniônico
s: segundo(s)
sen: função trigonométrica senoidal
t: tonelada(s)
T: Temperatura
UV: ultravioleta
V: volt(s)
Vol: volume
W: watt(s) - unidade de potência
W: weber – unidade de fluxo magnético
x°: x grau(s)
%: por cento
xxviii
1
1. INTRODUÇÃO
A energia é fundamental insumo que transforma os sistemas, dessa forma não há
crescimento sem investimento na capacidade de geração, transporte e distribuição de energéticos.
O crescimento populacional econômico impulsiona o consumo de energia, dessa forma há de se
tornar mais ágil o processo do aumento da capacidade de geração de energia instalada no país
(LOURENÇO, 2007).
A utilização de combustíveis fósseis liberam gases que contribuem para efeito estufa,
apontado como causador do aquecimento global. Um dos principais gases responsáveis por esse
acontecimento é o dióxido de carbono (CO2), presente na fumaça dos motores descrito em Silva
et al. (2007), o qual concluiu com seus experimentos que o uso do biocombustível na sua forma
pura diminui a emissão de dióxido de carbono (CO2) em 46% e de material particulado em 68%,
consequentemente o uso proporciona ganho ambiental para todo o planeta, pois, colabora para
diminuir a poluição (SILVA, 2007).
O biodiesel substitui o óleo diesel mineral nos motores de ciclo diesel com a vantagem de
não requererem adaptações mecânicas, enquanto o uso de outros combustíveis limpos, como o
gás natural ou o biogás e o álcool etílico, requerem adaptação. A utilização de biodiesel pode
configurar-se em uma alternativa técnica capaz de atender a toda a frota já existente movida a
óleo diesel mineral, além de apresentar alto rendimento energético (VOLPATO et al., 2009). O
biodiesel também é totalmente miscível ao óleo diesel, podendo ser utilizado puro em misturas
sem qualquer adaptação nos motores seja necessária (LIMA et al., 2012).
A utilização de biodiesel proveniente de óleos animais e vegetais está sendo incentivada
cada vez mais pelas entidades governamentais. Essas medidas inserem o biodiesel no mercado
através da mistura obrigatória com o diesel para comercialização nos postos de combustíveis. A
iniciativa caracteriza-se pela melhoria em fatores econômicos e ambientais. Além de ser uma
alternativa energética que substitui o diesel derivado do petróleo, a utilização de biodiesel é uma
forma de manter motores ciclo diesel em pleno funcionamento com menores índices de poluição
atmosférica conforme CHAVES et. al., (2012). Dentro deste contexto, KNOTHE et al. (2006),
2
afirmam que o biodiesel tem sido usado na adição ou substituição ao diesel nos setores de
transportes e geração de energia em todo o mundo, a fim de minimizar os impactos ambientais.
Os óleos vegetais são produzidos a partir de sementes oleaginosas, como: mamona,
amendoim, soja, girassol, algodão, colza, dendê, e outras. Todas possuem alto conteúdo
energético mais a maioria requer processo para assegurar o melhor uso e um melhor desempenho
nas máquinas de combustão interna. A queima direta pode apresentar alguns inconvenientes
como: alta viscosidade queima incompleta, formação de depósito no motor, bem como cheiro
desagradável devido à formação de acroleina (TORRES et al., 2006).
Segundo DIB (2010), a matéria-prima mais abundante para a produção de biodiesel no
Brasil é o óleo de soja, porém medidas governamentais têm incentivado o uso de outras matérias-
rimas como a mamona e palma nas regiões semiáridas nordestinas. Matérias-primas baratas como
óleos e gorduras residuais têm atraído à atenção de produtores de biodiesel devido ao seu baixo
custo. A reciclagem do óleo de fritura como biocombustível não somente retiraria um composto
indesejado do meio ambiente, mas também permitiria a geração de uma fonte de energia
alternativa, renovável e menos poluente, constituindo-se, assim, em um forte apelo ambiental.
Existem três principais vantagens decorrentes da utilização de óleos residuais de fritura como
matéria-prima para produção de biodiesel: A primeira, de cunho tecnológico, caracteriza-se pela
dispensa do processo de extração do óleo; a segunda, de cunho econômico, caracteriza-se pelo
custo da matéria-prima, pois por se tratar de um resíduo o óleo residual de fritura tem seu preço
de mercado estabelecido; e a terceira, de cunho ambiental, caracteriza-se pela destinação
adequada de um resíduo que, em geral, é descartado inadequadamente impactando o solo e o
lençol freático.
O biodiesel traz benefícios nos campos econômico, social, ambiental e político,
contribuindo ainda para a longevidade e eficiência dos motores diesel usados em geradores de
energia, atendendo a mercados que requisitem um combustível mais limpo e seguro.
3
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo Geral
O presente trabalho teve como objetivo principal de pesquisa à avaliação da eficiência do
desempenho de um gerador de energia, utilizando o biodiesel obtido de óleos de fritura usados
nas diversas concentrações de misturas (blendas) com o biodiesel comercial.
1.1.2 Objetivos Específicos
Operar os geradores de energia com as misturas (blendas) de biodiesel nas concentrações
de 6%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 75% e 100%;
Analisar a eficiência das variações de potência para cada tipo de mistura de biodiesel;
Analisar a eficiência da emissão de gases monóxido de carbono (CO) e dióxido de
carbono (CO2) para cada tipo de mistura de biodiesel;
Analisar a eficiência de consumo de combustível para cada tipo de mistura de biodiesel;
Analisar a eficiência na emissão dos gases, monóxido de carbono e dióxido de carbono
para cada tipo de mistura de biodiesel;
Analisar a variação da viscosidade para cada tipo de mistura de biodiesel;
Analisar a eficiência da intensidade sonora para cada tipo de mistura de biodiesel;
Analisar necessidade de desenvolver algum dispositivo para mitigar o efeito produzido
pela decantação do resíduo do biodiesel, no tanque de combustível dos geradores de energia.
4
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Geradores de energia
Denomina-se gerador de energia ao conjunto motor e gerador de corrente, destinado ao
suprimento de energia elétrica produzida a partir do consumo de combustíveis de cadeia
carbônica longa, tais como, os óleos vegetais ou os óleos transesterificações, biodieseis e
biocombustíveis (SILVA, 2007). Segundo Barros (2007), o gerador de corrente é denominado
alternador, sendo convenientemente montado e dotado dos componentes de supervisão e controle,
necessários ao seu funcionamento autônomo e destinado ao suprimento de energia elétrica.
Os alternadores são acionados por motores de combustão interna, semelhantes aos
utilizados em veículos; dessa forma tem emissões de poluentes com características qualitativas
semelhantes às observadas em ônibus e caminhões. Conforme as características da corrente
elétrica que produzem, os geradores podem ser de corrente contínua ou de corrente alternada
(CUNHA, 2009).
Em 1831, tanto Michael Faraday, no Reino Unido, como Joseph Henry, nos Estados
Unidos, demonstraram a possibilidade de transformar energia mecânica em energia elétrica
(CUNHA, 2009).
Os geradores são baseados nos princípios empregados por Faraday e Henry: a indução
magnética. O gerador de Faraday consistia num disco de cobre que girava no campo magnético
formado pelos polos de um ímã de ferradura e produzia corrente contínua. Um ano depois, o
outro pesquisador obteve a corrente alternada valendo-se de um gerador com ímãs e enrolamento
de fio numa armadura de ferro (CUNHA, 2009).
5
2.1.1 Classificação dos geradores de energia
Em FGWILSON (2009) são apresentadas as aplicações por tipo de funcionamento para os
geradores de energia:
• Stand-by: o equipamento é dimensionado para alimentar cargas variáveis em
serviços de emergência, enquanto durar a interrupção da rede elétrica. O tempo de uso
recomendado é de 300 horas / ano.
• Contínuo: o equipamento é dimensionado para alimentar cargas variáveis em
serviços programados (tais como nos horários de pico da rede) e / ou serviços de emergência. O
tempo de uso recomendado é de 1000 horas / ano.
• Prime: o equipamento é dimensionado para alimentar cargas variáveis durante
todo o tempo necessário. Recomenda-se o uso de 8400 horas / ano.
Além dos dois tipos mais usuais, de corrente contínua e de corrente alternada, os dínamos
podem ser classificados também, quanto ao número de polos, sendo dipolares e multipolares;
quanto ao tipo de enrolamento do induzido, em anel e em tambor; e quanto ao tipo de excitação,
por excitação própria e de excitação independente (FGWILSON, 2009).
BARROS (2007) descreve que os geradores energia podem ser classificados conforme a
aplicação. Neste caso para atender as cargas alimentadas, estão subdivididos em quatro classes:
a) Classe G.1: para cargas menos exigentes, onde basta que atendam os níveis de tensão e
frequência. Enquadram-se nesse caso, por exemplo, sistema de iluminação e alguns
equipamentos simples;
b) Classe G.2: onde as características de tensão sejam as mesmas oferecidas pela rede das
concessionárias de energia elétrica, sendo admitidas flutuações temporárias de frequência e
tensão. Enquadram-se nessa situação cargas como iluminação, pequenos motores e bombas;
c) Classe G.3: para uso em cargas mais exigentes com relação à tensão, frequência e
forma de onda. Enquadram-se nesse caso cargas eletrônicas e de telecomunicações;
6
d) Classe G.4: para exigências severas com relação à tensão, frequência e forma de onda.
Enquadram-se os sistemas de informática.
Os grupos-geradores podem ainda ser classificados quanto à implementação, estando
divididos em três grupos (BARROS, 2007):
a) Pequenos e deslocáveis manualmente e de baixa potência, abaixo de 10k VA, utilizados
normalmente em exposições, bancas de jornal, serviços de manutenção, outros;
b) Grupos móveis sobre rodízios ou equipamento móvel, são os de potência acima de 10k
VA e são utilizados, por exemplo, em canteiros de obras móveis, em exploração agrícola, outros;
c) Grupos fixos, que são os equipamentos de maior potência, utilizados como fonte de
segurança ou de alimentação de substituição.
Outra forma de classificarmos ou grupo os geradores de energia é em relação ao tempo de
comutação a carga ou tempo de acionamento do equipamento (BARROS, 2007):
a) Grupos de partida manual e sem tempo de atuação determinado. Estão normalmente
parados e necessitam de todo tempo para entrar em regime, desde o deslocamento do operador
até que a temperatura do motor atinja o nível de operação;
b) Grupos com partidas automáticas, porém com longo período parado. Entram em regime
em 15 segundos e necessitam que o motor térmico seja mantido em estado de pré-aquecimento;
c) Grupos com partidas automáticas, porém com interrupção curta. Entram em regime em
no máximo 1 segundo. O gerador está em rotação permanente e sua inércia serve para acionar o
motor, que é mantido em estado de pré-aquecimento;
d) Grupos sem interrupção, nos quais o gerador gira e é mantido pelo motor para que seja
mantido um fornecimento ininterrupto da potência necessária.
7
2.1.2 Conversão de energia induzida para os geradores de energia
A energia elétrica pode ser transmitida e controlada com confiabilidade, simplicidade e
eficiência, sendo outras formas de energia, frequentemente convertidas para e a partir da forma
elétrica. Para todos os dispositivos deve-se considerar como conversores de energia e dentre eles
encontram-se aqueles que convergem energia mecânica em elétrica, os geradores de energia.
Como característica principal de um gerador elétrico transforma-se energia eletromecânica em
energia elétrica. O acoplamento entre os sistemas elétrico e mecânico garante-se por meio de
campos geradores elétricos e cargas elétricas, ou seja, depende-se da existência, na natureza, de
fenômenos que relacione, e um lado, campos elétricos e magnéticos e, do outro lado, movimento
e forças mecânicas (FITZGERALD et al., 1981).
Um gerador de energia em corrente alternada é constituído basicamente de uma espira (ou
um conjunto de espiras) girando numa região onde existe um campo magnético. Enquanto a
espira gira, há uma variação do fluxo magnético através dela. Isto ocorre porque a inclinação da
espira, em relação ao campo magnético, varia continuamente. Então uma força eletromotriz é
induzida na espira, gerando uma corrente elétrica. Durante meia-volta da espira, o fluxo
magnético através dela aumenta e, ao efetuar a meia-volta seguinte, o fluxo diminui. Por esse
motivo, a corrente induzida aparece no circuito, ora em um sentido, ora em sentido contrário. Em
outras palavras, quando a espira gira dentro de um campo magnético, gera uma corrente alternada
(CUNHA, 2009).
Como os três fenômenos principais relevantes tem-se a geração de tensão induzida por
uma bobina, pela variação do fluxo que se enlaça e provocada pelo movimento relativo entre o
fluxo e a bobina. Neste caso as tensões de velocidade e de transformação, dá-se pela Lei de
Faraday descrita na Equação 1 como sendo:
Ne dt
d (1)
8
Sendo:
e Tensão induzida;
N = número de espiras;
dt
d= taxa do fluxo em função do tempo;
O segundo fenômeno trata-se da força mecânica exercida sobre o ferro e tende-se a
alinhar-se com o fluxo magnético ou traz-se à posição de maior densidade do fluxo magnético, o
qual criado por uma bobina que conduza corrente elétrica corresponde-se a uma força de imã por
peças de ferro que estejam em seu campo. Esta força que age sobre o ferro é calculada pela
Equação 2.
0
2
2
ABF (2)
Onde:
B = densidade do ferro;
A = seção transversal do ferro;
0= permeabilidade no vácuo;
Por fim o terceiro fenômeno dá-se pela força mecânica exercida sobre um condutor que
conduz corrente dentro de campo magnético e entre circuitos carregam-se correntes, por
intermédio de seus campos magnéticos (FITZGERALD et al., 1981).
A associação do processo leva-se ao estudo do princípio de funcionamento das máquinas
elétricas rotativas. Considera-se inicialmente uma espira imersa em um campo magnético
produzido por um ímã permanente, conforme a Figura 1, o princípio básico de funcionamento
está baseado no movimento relativo entre uma espira e um campo magnético. Aos terminais da
espira conectam-se dois anéis, que estão ligados ao circuito externo através de escovas. Para este
tipo de gerador denomina-se de armadura giratória (FITZGERALD et al., 1981).
9
Figura 1 – Armadura giratória nos geradores. Fonte: FITZGERALD et al. (1981).
A distribuição radial do fluxo criado pelo enrolamento de campo no entreferro pode ser
representada desenvolvendo o sentido geométrico, o cilindro que forma a estrutura da armadura e
demosntrada na Figura 2.
Figura 2 – (a) Esquema da armadura girante de um gerador elementar; (b) Representação da função
senoidal de saída. Fonte: FITZGERALD et al. (1981).
A variação da força eletromotriz no condutor em função do tempo pode ser determinada
pela lei da distribuição da indução magnética sob um polo. Esta distribuição tem um caráter
complexo e depende da forma da sapata polar. Com um desenho conveniente da sapata
10
poderemos obter uma distribuição senoidal de induções e nesses casos, a força eletromotriz
induzida no condutor também varia com o tempo sob uma lei senoidal (CREDER, 2007). Nos
geradores de campo giratório a tensão de armadura se retirada diretamente do enrolamento de
armadura sem passar pelo componente das escovas. A potência de excitação destes geradores
normalmente considera-se inferior a cinco por cento da potência nominal, sendo o tipo de
armadura fixa a mais utilizada.
O sistema trifásico considera-se a ligação dos três sistemas monofásicos e faz-se
usualmente de duas maneiras, representadas na Figura 3. Representam-se as tensões com setas
inclinadas, ou vetores girantes, e mantém-se entre si o ângulo correspondente à defasagem de
120o. Liga-se um dos fios de cada sistema monofásico a um ponto comum aos três, sendo que,
aos três fios restantes forma-se um sistema trifásico em estrela. Em outra configuração, às vezes,
o sistema trifásico em estrela pode ser tetrapolar com quatro fios tendo o quarto fio ligado ao
ponto comum às três fases. Para tensão de linha, ou tensão nominal do sistema trifásico e a
corrente de linha defini-se do mesmo modo que na ligação triângulo.
Figura 3 - Ligação dos fios no sistema tripolar. Fonte: FITZGERALD et al. (1981).
À tensão entre dois fios quaisquer do sistema trifásico defini-se como a soma gráfica das
tensões (Vf1, Vf2 e Vf3) das duas fases as quais estão ligados os fios proporcionais as correntes
(If1, If2 e If3). É comum em geradores o fornecimento em três tensões 220/380/440 V. O
procedimento nestes casos para obter-se 380 V é ligar-se o gerador em 440 V e ajusta-se a tensão
11
terminal no potenciômetro do regulador de tensão, de modo a se obter o valor desejado
(FITZGERALD et al. , 1981).
No presente trabalho utiliza-se a composição acoplada do sistema motor gerador a diesel
Neste conjunto configura-se para atender as características de funcionamento exigidas pela
necessidade de funcionamento dos consumidores, como a potência nominal de energia, tensão
nominal e aplicação final. A composição do motor a diesel de elevado rendimento, com sistema
elétrico do tipo massa terra negativo de 6 V para o arranque elétrico, acrescentado o alternador
gerador de corrente elétrica mais acessórios, sistema de refrigeração e tanque de combustível
(NAGANO, 2010).
O rendimento de um gerador é calculado pela relação da potência mecânica fornecida ao
gerador e a potência gerada pelo gerador. De forma geral, o rendimento aproxima-se do valor
máximo com a carga entre 80 e 100% da potência nominal, descrito na Equação 3 (MAGALDI,
1981).
IE
IV
.
. (3)
2.2 Propriedades do óleo mineral fóssil
Segundo PARENTE (2003), a viabilidade técnica de um combustível para motores diesel
dependem dos seguintes fatores: combustibilidade; impactos ambientais das emissões;
compatibilidade ao uso e compatibilidade ao manuseio. A combustibilidade de uma substância,
proposta como um combustível, diz respeito ao seu grau de facilidade em realizar a combustão no
equipamento na forma desejada, na produção de energia mecânica mais adequada. Em motor
diesel a combustibilidade se relaciona as propriedades essenciais do combustível, que são o poder
calorífico e o índice de cetano.
12
As principais propriedades físicas são (DIB, 2010):
a) As propriedades de um combustível mais importante, no que diz respeito ao
funcionamento de motores de injeção por compressão (motores diesel), são a viscosidade e a
densidade. Estas propriedades influenciam na circulação e injeção do combustível.
As propriedades do biodiesel são independentes de sua origem e assemelham-se as do
diesel comercial vendidos em postos de combustíveis, logo, não exigem adaptações mecânicas ou
regulagens nos sistemas originais dos motores;
b) A lubricidade é uma medida do poder de lubrificação de uma substância, sendo uma
função de várias de suas propriedades físicas, destacando a viscosidade e a tensão superficial. Os
motores a óleo diesel exigem que o combustível tenha propriedades de lubrificação,
especialmente, em razão do funcionamento da bomba, exigindo que o líquido que escoa
lubrifique adequadamente as suas peças em movimento;
c) O ponto de névoa é a temperatura em que o líquido, por refrigeração, começa a ficar
turvo, e o ponto de fluidez é a temperatura em que o líquido não mais escoa livremente. Tanto o
ponto de fluidez como o ponto de névoa do biodiesel, varia segundo a matéria prima que lhe deu
origem, e ao álcool utilizado na reação de transesterificação;
d) Ponto de Fulgor: É a temperatura em que um líquido torna-se inflamável em presença
de uma chama ou faísca. Esta propriedade somente assume importância no que diz respeito à
segurança nos transportes, manuseios e armazenamentos. O ponto de fulgor do biodiesel, se
completamente isento de metanol ou etanol, é superior à temperatura ambiente, significando que
o combustível não é inflamável na condição normal, onde eles são transportados, manuseados e
armazenados, servindo inclusive para ser utilizado em embarcações.
e) O poder calorífico de um combustível indica a quantidade de energia desenvolvida pelo
combustível por unidade de massa, quando ele é queimado.
f) O índice de cetano ou cetanagem quanto maior for melhor será a combustão desse
combustível num motor diesel. O índice de cetano médio do biodiesel é maior que óleo biodiesel
mineral comercial, sendo esta a razão pela qual o biodiesel apresenta uma ignição mais
controlada e queima melhor no motor do que o próprio óleo diesel mineral comercial.
13
As principais propriedades químicas são (DIB, 2010):
a) Os óleos vegetais e as gorduras de animais não possuem enxofre, o biodiesel é
completamente isento desse elemento, logo, não são prejudiciais ao meio ambiente, ao motor e
seus componentes;
b) O biodiesel apresenta um aumento nas emissões de NOx. Sendo o um dos fatores
relacionados a este aumento atribuído à matéria-prima ou à formulação empregada para produção
do biodiesel;
c) O biodiesel, sendo constituído por uma mistura de ésteres de ácidos carboxílicos,
solubiliza um grupo muito grande de substâncias orgânicas. Deve se tomar cuidados especiais
com o manuseio do biodiesel;
d) O biodiesel é considerado biodegradável, porém, durante o processo de biodegradação,
pode haver crescimento de microrganismos que prejudicaram o crescimento do vegetal. O
biodiesel também apresenta menos toxicidade, fato este que foi relacionada a uma quantidade
inferior observada de óbitos dos animais.
e) O biodiesel é susceptível à oxidação quando exposto ao ar, logo, considera-se o fato
que pode comprometer a armazenagem e utilização do biocombustível, porém, pode ser superada
pela utilização de aditivos que melhoram a conservação do biodiesel.
O consumo de combustível pode ser apresentado com unidade de volume por unidade e
tempo (L.h-1
), onde não se considera a influência da temperatura e não se relacionam com a
potência mecânica gerada. Outra forma de apresentar o consumo de combustível é por meio da
unidade de massa por unidade de tempo (kg.h-1
); nesta forma, apesar de considerar a influência
da temperatura, também não contempla a potência; dessa forma a maneira mais técnica de
expressar o consumo é unidade de massa por unidade de potência (g.kWh-1
), sendo que esta
forma é conhecida como consumo específico e, pelo fato de considerar a massa e a potência,
pode ser usada para comparar motores, tratores e equipamentos de tamanho e formas diferentes.
Na sequência, ratifica que o consumo específico do motor tem relação direta com o poder
calorífico do combustível utilizado, sendo que o combustível fóssil, por apresentar calor
específico maior, necessita de menor quantidade para atingir a potência mecânica desejada.
Potência, torque, rotação e consumo de combustível são as principais variáveis avaliadas nos
14
ensaios de motores. Estes dados são diretamente ligados a sua capacidade em desenvolver
trabalho útil, contabilizando todas as perdas de ordem térmica e mecânica (FIORESE, 2011).
2.3 Emissões de gases poluentes e não poluentes
O gerador de energia queima o combustível pelo processo de combustão,
fundamentalmente, da proporção entre o combustível e o ar que alimentam o motor. Os motores a
combustão interna, com ignição por compressão, operam com uma razão pobre combustível/ar. A
composição do ar atmosférico tem em sua composição básica o oxigênio (20,946%), nitrogênio
(78,084%), argônio (0,934%) 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 4 considera os dez elementos mais significativos do
processo (VALENTE, 2007).
OHn
OHnNOnNnHnHnOnOnCOnCOnNOn
nOHC Hcrnn Hc
210
982726542322122 76,34
1
(4)
Onde:
cn número de átomos de carbono por mol de combustível;
Hn número de 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 faz parte dos dez
elementos de maior concentração mais compõe com NO o grupo poluente, chamado NOx.
Segundo Silva (2007), dentre os principais produtos formados na combustão estão os que
não causam danos à saúde, dióxido de carbono (CO2), e moléculas de nitrogênio (N2) e oxigênio
15
(O2). Aqueles que apresentam riscos à saúde e tem sua emissão regulamentada, como CO,
hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogênio (NOx), óxidos de enxofre (SOx), material particulado
(MP) e aldeídos. Para que a eficiência seja a maior possível e gere uma quantidade mínima de
produtos intermediários, é necessário que haja adequada homogeneização da mistura de
reagentes, observando a quantidade estequiométrica de oxigênio presente no ar para que ocorra
oxidação completa do combustível.
PIAN et al. (2008) descreve que o aumento da concentração dos gases na atmosfera
decorrente das emissões veiculares leva a um aumento da preocupação com a qualidade do ar em
ambientes urbanos. No caso da emissão gases poluentes, está associação se deve ao uso de
enorme quantidade de combustíveis fósseis, como o biodiesel comercial, principalmente quando
utilizado no transporte coletivo. A opção é a redução para as taxas de emissões veiculares
utilizando-se combustíveis alternativos como os biocombustíveis e ou gás natural.
Em KOIKE et al. (2010), descreve-se que a mudança global do clima é um dos mais
graves problemas ambientais do século, com consequências possivelmente catastróficas. Esse
problema vem sendo causado pela intensificação do efeito estufa, que, por sua vez, está
relacionado ao aumento da concentração na atmosfera da Terra de gases cujas características são
específicas. Esses gases permitem a entrada da luz solar, mas impedem que parte do calor em que
a luz se transforma volte para o espaço. Esse processo de aprisionamento do calor é igual ao que
ocorre em uma estufa, daí o nome atribuído a esse fenômeno e também aos gases que apresentam
essa propriedade de aprisionamento parcial de calor, chamados de gases de efeito estufa. Na
Figura 4 apresenta-se um croqui ilustrativo do processo que o efeito estufa pode causar.
Segundo KOITE et al. (2010), é importante ressaltar que o efeito estufa é um fenômeno
natural e bem-vindo, pois sem ele o sol não conseguiria aquecer a Terra o suficiente para que a
mesma fosse habitável. Porém, a intensificação do efeito estufa é de fato um problema, e a
principal causa é a queima de combustíveis fósseis utilizados nos setores de geração elétrica,
industrial e de transporte. Com a revolução industrial e o advento do motor de combustão interna,
as emissões de geração do efeito estufa, decorrentes da queima desses combustíveis vêm
aumentando de forma abrupta e, com isso, é maior a quantidade desses gases concentrada na
atmosfera. É justamente esse aumento da concentração de geração do efeito estufa na atmosfera
16
que vem causando a intensificação do efeito estufa e, em decorrência, o aumento da quantidade
de calor aprisionado na atmosfera da Terra, apresentado na Figura 4.
Figura 4: Representação esquemática do efeito estufa. Fonte: KOITE et al. (2010).
Esse calor adicional ou essa variação de energia térmica tem influência determinante
sobre o funcionamento do clima do planeta, já que essa energia é responsável pela circulação dos
ventos e dos oceanos, pela evaporação e pela precipitação (PEREIRA et al. , 2008). Uma maneira
de neutralizar o efeito estufa é por meio da utilização de combustíveis renováveis, como o
biodiesel e o etanol, este último fabricado a partir da cana-de-açúcar. O dióxido de carbono (CO2)
gerado na combustão seria consumido na fotossíntese da planta que deu origem ao combustível.
A formação dos componentes tóxicos durante o processo de combustão em motores
Diesel pode ser dividida em dois grupos principais. O representado pelos produtos da combustão
incompleta, monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC), aldeídos (HCO) e fuligem, e os
resultantes da oxidação de elementos contidos no ar e no combustível, óxidos de nitrogênio e de
enxofre (CUNHA, 2009).
17
O monóxido de carbono (CO) é um gás inodoro, incolor e muito tóxico, que possui a
mesma densidade do ar que se respira, atua no sangue reduzindo sua oxigenação. Em altas
concentrações é muito inflamável, queimando com uma coloração azul clara e brilhante. As
emissões de monóxido de carbono (CO) dos motores diesel atuais são relativamente baixas, com
concentrações entre 10 e 500 ppm. O monóxido de carbono (CO), forma com a hemoglobina do
sangue, um composto mais estável do que com o oxigênio, podendo levar à morte por asfixia. A
exposição a doses elevadas em pessoas saudáveis pode provocar problemas de visão, redução da
capacidade de trabalho, redução da destreza manual, diminuição da capacidade de aprendizagem
e dificuldade na resolução de tarefas complexas. Em concentrações acima de 400 ppm, é
potencialmente mortal. Durante o processo de combustão, a emissão desse gás é favorecida pela
pouca oxigenação das reações resultantes de uma rica mistura de combustível ou de alguma
restrição no suprimento de ar. Quando a combustão se dá de forma completa o monóxido de
carbono (CO) dá lugar ao dióxido de carbono (CO2), menos poluente. O monóxido de carbono
(CO) resulta da reação química de hidrocarbonetos com o oxigênio do ar (CUNHA, 2009).
O NOx apresenta perigo sério a saúde humana, atuando sobre a mucosa dos olhos e do
nariz, sobre o sistema nervoso e cardiovascular e, ao reagir com o vapor de água no ar, produz
ácido nitroso (HNO2) e ácido nítrico (HNO3) que atacam os pulmões provocando doenças
crônicas. Mesmo em pequenas concentrações esses óxidos misturados ao ar atmosférico,
provocam envenenamento contínuo do corpo humano, não existindo meio de neutralização
(CUNHA, 2009).
2.4. Biodiesel
Em CASTELLANELLI et al. (2007) é abordado que o uso de óleos vegetais em motores
de combustão interna iniciou com Rudolf Diesel utilizando-se o óleo de amendoim em 1900.
Razões de natureza econômica levaram ao abandono dos óleos vegetais como combustíveis na
época. Na década de 70, o mercado de petróleo foi marcado por desequilíbrios entre oferta e
demandas mundiais conhecidos como choques do petróleo. Como resposta a estas crises, o
18
mercado sentiu a necessidade de diminuir a dependência do petróleo, levando ao investimento no
desenvolvimento de tecnologia de produção e uso de fontes alternativas de energia.
As misturas em proporções volumétricas entre 6% e 20% são as mais usuais, sendo que
para a mistura B6, não é necessário nenhuma adaptação dos motores. O biodiesel é perfeitamente
miscível e físico quimicamente semelhante ao óleo diesel mineral, podendo ser usado em motores
do ciclo diesel sem a necessidade de significantes ou onerosas adaptações. Por ser biodegradável,
não-tóxico e praticamente livre de enxofre e aromáticos, é considerado um combustível
ecológico. Trata-se de energia limpa, não poluente, o seu uso num motor diesel convencional
resulta, quando comparado com a queima do diesel mineral, numa redução substancial de
monóxido de carbono e de hidrocarbonetos não queimados (FERNANDES, 2012).
Utiliza-se o biodiesel como combustível para propulsão de motores em carros ou
caminhões com motores a diesel, feito a partir das plantas (óleos vegetais) ou de animais (gordura
animal). Pode ser renovável e biodegradável sendo constituído de uma mistura de ésteres
metílicos ou etílicos de ácidos graxos, obtidos a partir da reação química de transesterificação de
qualquer triglicerídeo com um álcool de cadeia curta, normalmente o metanol ou o etanol
(FIORESE, 2011).
Conforme CASTELLANELLI et al. (2007), de acordo com a opção de se utilizar fontes
alternativas de energia redutoras de poluição, produtivas e capazes de gerar empregos e com
custos baixos, apresenta os biocombustíveis obtidos de vegetais com candidato natural a um
programa global. O biodiesel e misturas passam a ser uma evolução na tentativa de substituição
do biodiesel comercial por biomassa, iniciada pelo aproveitamento de óleos vegetais “in natura”.
Para produzir biodiesel, o óleo retirado das plantas é misturado com álcool (ou metanol) e
depois estimulado por um catalisador. O catalisador é um produto usado para provocar uma
reação química entre o óleo e o álcool e depois o óleo é separado da glicerina (usada na
fabricação de sabonetes) e filtrado.
As células armazenadoras de gordura, tanto nos animais como nas plantas, tem nas
gorduras suas principais constituintes, consideradas como uma das mais importantes reservas
alimentares do organismo. Esta gordura extraída é conhecida como óleo, podendo obter-se
diversos tipos de substâncias como o azeite, o óleo de milho, óleo de coco, óleo de palma, óleo da
semente de algodão, óleo de linhaça, óleo de soja, o sebo, a banha de porco e a manteiga (SILVA
19
FILHO et al. , 2012). As gorduras são ésteres carboxílicos derivados de um único álcool, o
glicerol (HOCH2CHOHCH2OH) e são conhecidas por glicerídeos, ou triacilgliceróis, cuja
estrutura é colocada na Figura 5.
Figura 5. Fórmula da representação estrutural de um triglicerídeo (BRITO, 2008).
FIORESE (2011) descreve que a transesterificação consiste em um processo de redução
da viscosidade dos triacilgliceróis, onde suas cadeias são separadas do glicerol, quando
misturados com um álcool. Assim, transforma-se um éster em outro éster, utilizando-se como
catalisador o hidróxido de sódio (NaOH).
Os produtos da reação química são um éster, o biocombustível e glicerol. Os ésteres têm
características físico-químicas muito semelhantes às do biodiesel, conforme demonstram as
experiências realizadas em diversos países, o que possibilita a utilização destes ésteres em
motores de ignição por compressão. A reação de transesterificação pode empregar diversos tipos
de álcoois, preferencialmente os de baixo peso molecular, sendo os mais estudados os álcoois
metílico e etílico. A separação da glicerina obtida como subproduto, no caso da síntese do éster
metílico é resolvida mediante simples decantação, bem mais facilmente do que com o éster
etílico, processo que requer um maior número de etapas. A Figura 6 mostra o fluxograma de
produção do biocombustível pelo processo de transesterificação (ROSA et al, 2003).
ROSA et al, 2003 descreve que referente ao catalisador, a reação pode utilizar os do tipo
ácido ou alcalino ou, ainda, pode ser empregada a catálise enzimática. Entretanto, geralmente a
20
reação empregada na indústria é feita em meio alcalino, uma vez que este apresenta melhor
rendimento e menor tempo de reação que o meio ácido, além de apresentar menores problemas
relacionados à corrosão dos equipamentos. Por outro lado, os triglicerídeos precisam ter acidez
máxima de 3%, o que eleva seus custos e pode inviabilizar o processo em países onde o óleo
diesel mineral conta com subsídios cruzados, como no Brasil. A reação de transesterificação
proporciona uma melhora significativa das seguintes propriedades físico-químicas: redução da
viscosidade, um pequeno acréscimo no número de cetano e poder calorífico próximo ao do óleo
diesel convencional, com isso consegue-se uma boa qualidade da combustão nos motores diesel.
Sob o aspecto ambiental, o uso de biodiesel reduz significativamente as emissões de poluentes,
quando comparado ao óleo diesel, podendo atingir 98% de redução de enxofre, 30% de
aromáticos e 50% de material particulado e, no mínimo, 78% de gases do efeito estufa.
21
Figura 6 - Fluxograma do processo de produção de biodiesel por transesterificação. Fonte:
FIORESE, 2011.
Medidas governamentais são desenvolvidas com objetivos de diminuir a dependência de
uso do combustível fóssil desenvolvendo a agricultura de vegetais para produção de biodiesel e
consequente buscar a redução na emissão de gases poluentes. Através da Lei 11.097 de 2005, foi
estabelecido os percentuais mínimos da mistura de biodiesel ao diesel de forma crescente e
gradativa de biodiesel no país. A Lei 13.033 de 24 de setembro de 2014 alterou o percentual de
adição de biodiesel ao óleo diesel em todo o território nacional, passando dos anteriores 5%
22
(cinco por cento) para 6% (seis por cento) a partir de 1° de julho de 2014 e para 7% (sete por
cento), a partir de 1° de novembro de 2014. A Figura 7 é apresentada o quadro de evolução de
mistura no óleo diesel (ANP, 2014).
Figura 7: Quadro da evolução de mistura no óleo diesel. Fonte: ANP (2014).
A capacidade instalada autorizada a operar comercialmente, em novembro de 2014, ficou
em 7.502 mil m³/ano (625 mil m³/mês). Dessa capacidade, 90% são referentes às empresas
detentoras do Selo Combustível Social. Em novembro de 2014 havia 54 unidades aptas a operar
comercialmente, com uma capacidade média instalada de 139 mil m³/ano (386 m³/dia). A
produção de biodiesel no Brasil atingiu 3.073 mil m³, um acréscimo de 13,7% em relação ao
mesmo período de 2013 (2.703 mil m³). Na Figura 8 são apresentadas, para os períodos de
mistura B5 (até junho de 2014) e B6 (julho até outubro), a produção acumulada anual e,
posteriormente, a produção mensal com a variação percentual em relação ao mesmo período do
ano anterior através do gráfico de evolução (ANP, 1014).
23
Figura 8: Quadro de produção acumulada de biodiesel no Brasil. Fonte: ANP (2014).
Figura 9: Quadro de produção mensal de biodiesel no Brasil. Fonte: ANP (2014).
24
Na Figura 9, pode-se observar que a produção brasileira de biodiesel cresceu nos últimos
quatro anos. O biodiesel produzido é considerado um complemento energético que pode ser
adicionado ao diesel, não sendo apresentada uma viabilidade justificável para a substituição do
diesel, ainda que parte destas justificativas seja por determinação de lei governamental. Não há
possibilidade que o mercado automotivo adote o uso do biodiesel 100% em função da capacidade
de produção de matéria prima. Existe a probabilidade de talvez este pensamento seja peculiar de
uma região ou país ou de produção em pequena escala, mas é certo que pensamento mundial
pode assumir não só a mistura do biodiesel ao diesel, como já deixando prevalecer as
sustentabilidades então conectadas à aplicação deste tipo de biocombustível (GUERRA et al.,
2010) (FERNANDES, 2012).
O óleo fritura usado é um problema enfrentado pela sociedade, pois, o seu descarte
deveria deve ser realizada de forma mais adequada. Este fato exige uma mudança cultural de
hábitos e preocupações com o meio ambiente (CELLA et al., 2002).
Segundo NETO et al. (2000) e RAMOS (1999), o biodiesel obtido de óleo de fritura
usado possui vantagem química e mecânica por ser livre de enxofre e compostos aromáticos,
possuir nível de cetanos, possui ponto de combustão apropriado, excelente lubricidade, não
tóxico e biodegradável. Como vantagem ambiental, é considerado o nível de toxidade compatível
ao sal ordinário e uma diluição tão rápida quanto a ocorrida pelo açúcar, reduz-se sensivelmente
as partículas de carbono, monóxido de carbono, óxidos sulfurosos, hidrocarbonetos policíclicos
aromáticos. O gás carbônico é absorvido pelas oleaginosas durante o crescimento, o que equilibra
o balanço negativo gerado pela emissão na atmosfera. A terceira, a vantagem econômica é o fato
da produção de outros tipos de biodiesel exigem a transformação de adaptação mecânica dos
motores, consequentemente complementada com todas as tecnologias do diesel com
desempenho. Por último a vantagem social é o fato de ser acessível para empresas de pequeno e
médio porte, aproveitando a matéria prima disponível do local onde a empresa está implantada.
As desvantagens citadas por NETO et al., (2000) é que o óleo de fritura usado traz muitas
impurezas, oriundas do próprio processo de fritura dos alimentos, apresenta também maiores
níveis de emissões de gases nitrogenados até valores 5 a l0 vezes maiores que os obtidos na
combustão do diesel e apresenta odor de alimento na queima como salgadinhos, carne e outros.
25
No caso do experimento do trabalho, observou-se durante a operação do gerador de energia com
a blenda B100 o odor de fritura de pastéis proveniente da queima dos ésteres de óleo vegetal.
Em BIODIESELBR.COM (2007) descreve que o grupo catarinense Battistella, elegeu o
segmento de energia limpa como prioridade no processo de reposicionamento de mercado. Para
isso, fundiu a empresa Maquigeral (divisão de geradores de energia) e a Abadir Distribuidora
(unidade de produtos para transmissão), com o objetivo colocar no mercado o primeiro gerador
movido a biodiesel puro. O desenvolvimento foi obtido através da parceria com o Instituto de
Tecnologia do Paraná - Tecpar durante dois anos. O grupo prepara o lançamento de usinas de
pequeno porte de biodiesel, à base de óleo de cozinha reciclado.
EBC (2014) descreve que os geradores de energia elétrica que foram usados durante a
Conferência das Nações Unidas sobre Desenvolvimento Sustentável, a Rio+20, usaram óleo
diesel com 20% concentração de biodiesel na mistura, autorizado pela Agência Nacional do
Petróleo, Gás Natural e Biocombustível - ANP. Foram previstos pela ANP o consumo de mais de
1,7 milhões de litros de B20 nos dez dias da conferência. Outros eventos utilizaram a mistura de
biodiesel B20 em geradores durante o Rock in Rio, em setembro de 2011, e por trios elétricos em
Salvador, no carnaval no ano de 2012. A ANP também já autorizou o seu uso em frotas cativas,
principalmente de ônibus urbanos.
2.5 Normas e padrões nacionais de controle da poluição
O Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA é o órgão consultivo e deliberativo
do Sistema Nacional do Meio Ambiente-SISNAMA, foi instituído pela Lei 6.938/81, que dispõe
sobre a Política Nacional do Meio Ambiente, regulamentada pelo Decreto 99.274/90 (BRASIL,
2014).
O CONAMA é composto por Plenário, Comitê de Integração de Políticas Ambientais
CIPAM, Grupos Assessores, Câmaras Técnicas e Grupos de Trabalho. O Conselho é presidido
pelo Ministro do Meio Ambiente e sua Secretaria Executiva é exercida pelo Secretário-Executivo
do Ministério do Meio Ambiente - MMA (BRASIL, 2014).
26
Entre as competências do CONAMA destaca-se a responsabilidade de estabelecer,
privativamente, normas e padrões nacionais de controle da poluição causada por veículos
automotores, aeronaves e embarcações, mediante audiência dos Ministérios competentes. Para
isso são atos do CONAMA, as resoluções, quando se tratar de deliberação vinculada a diretrizes e
normas técnicas, critérios e padrões relativos à proteção ambiental e ao uso sustentável dos
recursos ambientais; as moções, quando se tratar de manifestação, de qualquer natureza,
relacionada com a temática ambiental; as recomendações, quando se tratar de manifestação
acerca da implementação de políticas, programas públicos e normas com repercussão na área
ambiental, inclusive sobre os termos de parceria; proposições, quando se tratar de matéria
ambiental a ser encaminhada ao Conselho de Governo ou às Comissões do Senado Federal e da
Câmara dos Deputados; e decisões, quando se tratar de multas e outras penalidades impostas pelo
Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis - IBAMA, em última
instância administrativa e grau de recurso, por meio de deliberação da Câmara Especial Recursal
– CER (BRASIL, 2014).
Considerado a resolução CONAMA nº 315/2002, que estabelecia recomendações e
normas para redução na emissão de gases, não foi implantada na data prevista em razão de
atrasos na especificação do combustível (diesel) a ser comercializado no interior e nas regiões
metropolitanas, e consequente inviabilização da produção de combustíveis e de inovações
tecnológicas de motores. A redução da concentração de enxofre presente no combustível
constituía condição para atendimento dos limites estabelecidos, vez que a formação de compostos
de enxofre na combustão contribui para o desenvolvimento do catalisador, não propiciando o
bom funcionamento do mesmo na redução das emissões de NOx e HC. Desta forma, procedeu-se
em 2005 à especificação do diesel em 2.000 ppm (partes por milhão) de enxofre como limite
máximo para este combustível a ser comercializado no interior (denominado "diesel S 2000") e
de 500 ppm de enxofre para o diesel comercializado nas regiões metropolitanas (denominado
"diesel S 500"). Isso propiciou uma redução expressiva das emissões de enxofre nestes últimos
anos, com a concentração de enxofre no diesel passando de 13.000 ppm para 500 ppm (BRASIL,
2014).
27
A redução de emissão de gases poluentes deveria ter iniciado com diesel S 500, a ser
distribuído no interior, e “diesel S 50" nas regiões metropolitanas. Uma vez estabelecido o
impasse, em novembro de 2008, o CONAMA, por meio da Resolução nº 403, aprovou para
veículos pesados limites ainda mais rígidos de emissão, e que entrou em vigor em 1º de janeiro
de 2012. Esta condição implica na disponibilização ao mercado de um óleo diesel com teor
aproximado de 10 ppm de enxofre. Pelo cronograma em vigor, as indústrias automobilísticas e de
combustíveis têm até 2016 para se adaptarem às novas normas técnicas, disponibilizando no
mercado brasileiro diesel e motores nos padrões que já são adotados na Europa; onde os veículos
movidos a diesel emitem uma quantidade de enxofre até 200 vezes menor do que é lançado pelos
ônibus e caminhões brasileiros (BRASIL, 2014).
Em 06 de maio de 1986, a Resolução nº 18 do CONAMA, criou o Programa de Controle
de Poluição do Ar por Veículos Automotores – PROCONVE, coordenado pelo IBAMA, e que
veio definir os primeiros limites de emissão para veículos leves, e contribuir para o atendimento
aos Padrões de Qualidade do Ar instituídos pelo Programa Nacional de Controle de Qualidade do
Ar - PRONAR. Em 28 de outubro de 1993 a lei nº 8.723 endossou a obrigatoriedade de reduzir
os níveis de emissão dos poluentes de origem veicular, contribuindo para induzir o
desenvolvimento tecnológico dos fabricantes de combustíveis, motores e autopeças, e permitindo
que veículos nacionais e importados, passassem a atender aos limites estabelecidos. Além disso,
o PROCONVE também impõe a certificação de protótipos e o acompanhamento estatístico em
veículos na fase de produção (ensaios de produção), a autorização do IBAMA para uso de
combustíveis alternativos, o recolhimento ou reparo de veículos e motores encontrados em
desconformidade com a produção ou projeto, e a proibição da comercialização de modelos de
veículos não homologados (BRASIL, 2014).
A Resolução do CONAMA nº 18/86, juntamente com a Tabela 1 apresenta os limites de
emissão de gases considerados para veículo diesel (BRASIL, 2014).
Tabela 1. Limites de emissão de gases – ciclo Diesel.
Fase CO HC NOx MP
Atual 1,5 0,46 3,50 0,02
Fonte: BRASIL, (2014).
28
3. MATERIAIS E MÉTODO
Neste capítulo são apresentados os procedimentos e rotinas utilizados para a realização
dos experimentos necessários a pesquisa, incluindo o método de preparação das misturas de
biodiesel e a descrição dos equipamentos e instrumentos para coleta de registros do experimental.
Serão apresentadas também as características técnicas dos equipamentos e softwares utilizados,
escolhidos para este fim por atenderem aos critérios necessários para a obtenção dos resultados
da pesquisa. O experimental do presente trabalho foi realizado no Laboratório de Metrologia e
Eficiência de Energia, cedido pela da empresa Inframaster Engenharia Ltda - INFRAMASTER,
localizada no bairro do Cambuci, cidade de São Paulo/SP.
3.1 Equipamentos e materiais
3.1.1 Geração de Energia
Utilizou-se um gerador de energia, marca NTS do Brasil Comércio e Serviços de
Máquinas e Ferramentas Ltda - NAGANO, à diesel, equipado com motor 4 tempos, refrigerado a
ar, com injeção direta de combustível, dois modos de partida: retrátil e elétrica e um tanque de
combustível original com capacidade adequada ao experimento. Este equipamento permite uma
diversidade de aplicações indicadas pelo fabricante, como iluminação de emergência, construção
civil, aplicação náutica e outras. A Tabela 2 apresenta o resumo das especificações técnicas do
gerador de energia, fornecida pelo fabricante no Manual do Usuário (NAGANO, 2010).
29
Tabela 2. Especificações técnicas resumidas do gerador de energia.
Cj Dados técnicos Un Modelo
ND 7000E3 G
erad
or
Frequência Hz 60
Potência máx. (kW) kW 6
Potência Nominal (kW) kW 5,5
Tensão de saída (V) V 220
Tipo / n° de fios Trifásico / 3 fios
Corrente nominal A 15
Regulador de voltagem AVR
Moto
r
Potência máx. (kW) hp 10
Cilindrada cm3 418
Sensor de óleo sim
Sistema de ignição elétrica
Combustível diesel
Motor 4 tempos
Dad
os
ger
ais
Peso bruto kg 126
Dimensões (LxCxA) mm 770x510x670
Voltímetro sim
Capacidade do tanque L 15
Carregador de bateria sim
Nível de ruído dB 85
Rotação rpm 3600
Fonte: NAGANO (2010).
Na Figura 10 pode-se verificar a imagem do gerador de energia utilizado na parte
experimental, assim como os detalhes de instrumentos e seus dispositivos de segurança.
30
(a)
(b)
Figura 10: Fotos do gerador de energia. a) Visão geral, b) Painel de controle. Fonte: NAGANO (2010).
31
3.1.2 Registrador de grandezas de energia elétrica
Para registrar grandezas de energia no experimental, utilizou-se do instrumento de
medição do fabricante Embrasul Indústria Eletrônica Ltda - EMBRASUL, modelo analisador de
energia RE6000N. Este instrumento possui a função de analisador de energia de alto rendimento
utilizando-se de processamento de dados de sinais programáveis. Inclui também códigos próprios
de instruções capazes de permitirem a manipulação do microprocessador de forma muito mais
fácil e rápida. A conversão das grandezas analógicas, como as tensões obtidas na saída dos
geradores, é transformada em sinais digitais para que possam ser processadas por um circuito
lógico de interfaces de alta resolução de cálculos e registros de medições em tempo real,
denominados conversores analógicos-digitais. Compõe-se este instrumento de módulos de
funções para cada aplicação específica, sendo que no experimental foram utilizados os módulos
do tipo B, capaz de medir e registrar grandezas de diferenças de potenciais (tensões), fluxo de
cargas elétricas (correntes), potências de energia (potências) e variações ciclos de frequência
(frequências) em cargas estáveis de energia, todos considerando circuitos elétricos fechados.
Estes registros poderão ser armazenados na memória de 8 Mb expansível até 256 Mb do
equipamento, com intervalo de integração entre 0,1s e 30 min. A Figura 11 mostra a imagem do
registrador de grandeza energia, utilizado no experimento.
Figura 11: Foto do analisador de energia modelo RE6000N. Fonte: EMBRASUL (2010).
32
A Tabela 3 apresenta as especificações técnicas do registrado de grandezas de energia,
modelo RE6000N, fornecidas no manual de instalação e operação (EMBRASUL, 2010).
Tabela 3. Especificações técnicas resumidas do registrador de grandezas de energia.
Medição de Tensão 30 à 600V direto
Medição de Corrente através de sensor flexível ou alicate de corrente
Frequência 50/60 Hz
Alimentação 85 à 300 V
Consumo máximo 10 VA
Isolação 2,5 kV
Peso 1,9 kg
Consumo máximo 2,5 kV
Dimensões 281 mm x217,6 mm x73 mm
Comunicação RS 232
Exatidão de tensão
0,5% para tensão 30 a 100 V
0,2% para tensão 100 a 500 V
0,5% para tensão 500 a 600 V
Exatidão de corrente 0,2% entre 5% e 10% da escala corrente
Exatidão do RE para ângulo de fase < 0,3 graus
Fonte: EMBRASUL (2010).
Ao registrador de grandezas de energia modelo RE6000N da EMBRASUL é acoplado um
software chamado de ANL6000. Este o software foi desenvolvido com a finalidade de oferecer
ao usuário, do analisador de energia RE6000N, uma ferramenta de análise de sistemas de
potência completa. Permite ainda a leitura de dados armazenados na memória dos registradores
para análise e tratamento dos mesmos. Este software tem como característica a operação em
plataformas operacionais e incorporam avanços significativos como possibilidades de simulação
de inserção de capacitores, escalas com configurações mais flexíveis, maior diversidade e
liberdade na escolha de cores no vídeo e um alto nível de qualidade nos relatórios e gráficos
gerados, aumentando assim a sua qualidade de apresentação final dos experimentos. A Figura 12
mostra imagens dos relatórios das medições das grandezas de energia.
33
(a)
(b)
Figura 12: Fotos do gerador de energia. a) Relatório completo, b) Relatório gráfico. Fonte: EMBRASUL
(2010).
34
3.1.3 Registrador de níveis de percentagem de emissão de gases
Utilizou-se nos experimentos como registrador de grandezas de emissão de gases, o
instrumento denominado de analisador de gases, modelo BEA 724, fabricante Robert BOSCH
Ltda - BOSCH. Este instrumento trata-se de um registrador de emissão de gases com
classificação internacional OIML CLASSE 1 e BR90, que é atribuído a equipamentos com altos
níveis de precisão, repetitividade e confiabilidade. Este equipamento registrador permite leitura
dos níveis de monóxido de carbono, oxigênio, dióxido de carbono, hidrocarbonetos e óxidos de
nitrogênios. Nos experimentos os gases são coletados diretamente do escapamento, utilizando-se
de haste coletora e mangueira, conectada ao equipamento. As Figuras 13, 14 e 15 apresentam
fotos do registrador de grandeza de medição de gases emitidos pelo escapamento do gerador de
energia (BOSCH, 2008).
Figura 13: Foto da vista frontal do analisador de gases BOSCH, modelo BEA 724.
35
Figura 14: Foto da vista traseira do analisador de gases BOSCH, modelo BEA 724.
Figura 15: Foto com o detalhe de conexão da haste.
36
Ao registrador de grandezas de emissão de gases da BOSCH, modelo BEA 724 é
acoplado a um software de operação e registro, denominado de EasyGas. Este software é de uso
livre na rede e permite criar telas de controle de cadastro, de medições, registros dinâmicos e
simultâneos de tipos de emissões de gases, emissão de relatórios e gráficos e ainda possui
sistema de autocalibração. A Figura 16 apresenta a imagem da tela de leitura quando da
utilização do software do registrador de grandezas de emissão de gases (BOSCH, 2008).
(a)
(b)
Figura 16: Foto da demonstração do software EasyGas. a) Tela de geral dos registradores de medição, b)
Tela dos gráficos de medição. Fonte: BOSCH (2008).
37
3.1.4 Simulador de carga resistiva
Os experimentos exigiram a instalação de uma carga de consumo de energia na saída do
gerador, assim optou-se pelo desenvolvimento deste dispositivo que simulasse esta condição.
Para simulação de carga no gerador de energia, construiu-se painel de lâmpadas alógenas, de
500W, 220-240 V, linha HOALOLINE fabricante Osram do Brasil S.A. - OSRAM, e protegidas
por quadro trifásico de distribuição de disjuntores curva C, fabricante Steck Indústria Ltda -
STECK. Optou-se pela associação em paralelo das lâmpadas para obter-se o equivalente a
aproximadamente cinquenta por cento da potência máxima nominal do gerador de energia, com
equilíbrio por fase. A Figura 17 mostra foto do simulador de carga resistivo acoplado ao quadro
de distribuição para proteção e segurança operacional do circuito elétrico DIB (2007).
Figura 17: Foto do simulador de carga resistiva.
38
3.1.5 Medidor de intensidade sonora
Para a medição da intensidade sonora emitida pelo gerador de energia em funcionamento,
durante os testes com as misturas de biocombustíveis, utilizou-se o instrumento composto de
termômetro, higrômetro, decibelímetro e luxímetro, fabricante Instrumentos de Medição Ltda -
INSTRUTHERM, modelo THDL-400. A faixa dinâmica de medição utilizada foi de 35dB
~100dB, microfone tipo capacitivo ¼, display de 4 dígitos, resolução: 0,1db; ± 3,5db e pedestal
para medição. A Figura 18 apresenta foto do medidor de intensidade sonora utilizado nos
experimentos (INSTRUTHERM, 2010).
Figura 18: Foto decibelímetro. Fonte: INSTRUTHERM (2010).
39
3.1.6 Preparação das blendas
O biodiesel utilizado nos experimentos de todas as misturas foi do tipo Diesel S-10 da
Petrobrás, com teor máximo de enxofre de 10 mg/kg (ANP, 2011).
A Lei 13033 de 24 de setembro de 2014 alterou o percentual de adição de biodiesel ao
óleo diesel em todo o território nacional, passando dos anteriores 5% (cinco por cento) para 6%
(seis por cento) a partir de 1° de julho de 2014 e para 7% (sete por cento), a partir de 1° de
novembro de 2014. No experimental do presente trabalho utilizou-se o biodiesel com
concentração de 6% (seis por cento). No Anexo é apresentada a ficha de informação de segurança
de produto químico do tipo de diesel das misturas utilizadas nos experimentos (BRASIL, 2014).
Na preparação das misturas, por concentração, utilizou-se nos experimentos o
biocombustível de óleo de fritura usado puro na concentração de 100%. A produção deste
biocombustível não foi objeto de pesquisa do presente trabalho. Segundo SILVA FILHO et al.
(2014), observou-se durante a sua produção que estes óleos possuem uma grande quantidade de
farinha misturada desprendida durante a fritura de diferentes alimentos, exigindo-se diversas
fases de filtração. A Figura 19 apresenta fases do biodiesel filtrado e não filtrado.
Figura 19: Foto das amostras de biocombustível filtrado e não filtrado (SILVA, 2014). Fonte: SILVA
FILHO et al. (2014).
40
Na produção do biocombustível, no processo a transesterificação, utilizou-se como
catalisador o hidróxido de sódio, sólido, assim reduziu-se ao máximo a presença de água após a
reação. A Tabela 4 apresenta os resultados dos rendimentos e densidades do biodiesel utilizado
como base nos experimentos (SILVA FILHO et al. , 2014).
Tabela 4. Resultados do rendimento e densidade do biocombustível de óleo de fritura usado
(SILVA et al. , 2014)
Tabela 4 - Resultados para rendimento e densidade do Biodiesel
Amostra Densidade (g/cm
3) ± σ Rendimento (%)
± σ
Baixo Volume (%)
± σ
Antes Depois
Óleo de
fritura
0,8779 0,027 - - - - - -
0,8902 0,044 0,913 0,0212 86,91 6,22 1,18 0,62
Fonte: SILVA FILHO (2014)
As misturas de biodiesel são representadas pela nomenclatura BX, onde a letra B significa
a abreviação da palavra blenda, e o X representa concentração de mistura binária de
biocombustível. Como exemplo, B10 equivale termos uma mistura binária com 90% de biodiesel
e 10% de biocombustível.
Na preparação das misturas necessárias para o experimental, considerou-se que o
biodiesel comercial obtido no posto de combustíveis, possui a concentração de mistura de 6%,
logo, para demais as mistura foram consideradas as proporções. A Equação 5 foi utilizada para
obter-se a relação volumétrica de preparação das blendas.
FFBBBXBX VCVCVC .. 66 (5)
Onde:
CBX – concentração da blenda; VBX – Volume da blenda;
CB6 – concentração do biodiesel; VB6 – concentração do biodiesel;
CF – concentração final; VF – volume final;
41
Na Figura 20 vê-se uma amostra das concentrações das misturas produzidas e utilizadas
nos experimentos deste trabalho.
Figura 20: Foto das amostras das concentrações das misturas produzidas.
Nos experimentos estimou-se o tempo de 1 hora de funcionamento do gerador de energia
ligado para cada mistura das blendas B10, B20, B30, B40, B50, B75 e B100, submetido a uma
carga resistiva de 1,0 kW, por fase e disponibilidade de produção de 2,5 L por tipo de mistura. Os
parâmetros foram assim definidos em função da proximidade de melhor interpretação dos
resultados.
Não faz parte do presente trabalho quaisquer discussões ou definições dos processos ou
aspectos produtivos do biodiesel obtido dos óleos de fritura usados, utilizados nos experimentos.
A Tabela 5 apresenta a relação volumétrica de preparação das blendas
42
Tabela 5. Relação volumétrica de preparação das blendas.
RELAÇÃO VOLUMÉTRICA DE PREPARAÇÃO DAS BLENDAS
Referência Concentração (%) Proporção da mistura
B100 (L) DIESEL(L)
B6 6% 0,000 2,500
B10 10% 0,260 2,240
B20 20% 0,521 1,979
B30 30% 0,781 1,719
B40 40% 1,042 1,458
B50 50% 1,302 1,198
B75 75% 1,953 0,547
B100 100% 2,500 0,000
Totais utilizados 5,859 11,641
3.1.7 Medição do tempo de operação do gerador de energia
Na medição do tempo do gerador de energia em operação, para cada experimento por tipo
de mistura, utiliza-se um cronômetro digital portátil com as seguintes características fornecidas
pelo fabricante AKSO Equipamentos Eletrônicos Ltda, modelo AK71:
- Display cristal líquido com 6 dígitos;
- Escala: 23 h: 59 min: 59 s;
- Resolução: 1/100 s < 30 min; 1 s < 30 min;
- Dimensões: 60 x 72 x 11 mm; Peso: 0,245 kg;
43
3.1.8 Aquecimento das misturas de biodiesel ´
Para reduzir a exigência do motor em função do aumento da viscosidade das altas
concentrações de misturas, VOLPATO et al. (2009), sugere o aquecimento das blendas B75 e
B100 nos experimentos, assim reduzindo a temperatura na câmara de combustão dos motores.
Segundo FGWILSON (2009), todos os geradores de energia da sua linha de fabricação possuem
sistema de pré-aquecimento do combustível a 38ºC, que é colocado na tubulação de passagem de
combustível, antes da entrada da bomba injetora de combustível, sendo capazes de reduzir a
viscosidade do biodiesel e consequentemente reduzir o desgaste de peças no processo de queima
do combustível.
Utilizou-se no processo dos experimentos um equipamento para pré-aquecer o biodiesel
das misturas antes de serem colocados no tanque do gerador de energia, sendo denominado de
ebulidor de líquidos em alumínio, potência de aquecimento de 1800 W, tensão de 220 V e
frequência de 60 Hz. A Figura 21 apresenta o ebulidor de líquidos utilizados para o pré-
aquecimento das mistura, até atingir a temperatura de 38ºC, medidos por um termômetro de
mercúrio com escala de graduação de 10°C até 110ºC.
Figura 21: Foto do sistema usado para aquecimento das misturas de biodiesel
44
3.1.9 Determinação da viscosidade das misturas de biodiesel
CUNHA (2009) descreve que um parâmetro que pode vir a afetar a potência do motor em
função da temperatura do combustível é a sua viscosidade, quanto menor for à temperatura,
maior a viscosidade, e menor será a fuga de combustível no momento da injeção na bomba
injetora. Optou-se pela medição da viscosidade dinâmica das mistura de biodiesel, utilizando-se
um viscosímetro de escoamento, fabricante Quimex do Brasil - QUIMEX, escala 25 e um
cronômetro digital portátil para leitura do tempo.
A descrição do método para determinação da viscosidade é:
- Afixou-se o viscosímetro em um suporte;
- Verificou-se e ajustou-se o seu nível;
- Com o auxílio de pipetas volumétricas, inseriu-se 25 ml de água destilada;
- Usando-se uma pera de sucção na extremidade do viscosímetro, puxa-se o fluido até o
preenchimento total do volume do bulbo menor do viscosímetro;
- Solta-se o líquido e aciona-se o cronômetro para medir o tempo de corrida;
- Repete o ensaio algumas vezes (5 a 7) para obter uma média confiável;
- Procede da mesma forma para os demais tipos de concentração de mistura de biodiesel;
Calcula-se a viscosidade da amostra de acordo com a Equação 6.
água
amostraágua
amostrat
t. (6)
Sendo a viscosidade da água a 20ºC igual a 1,002 cP.
45
A Figura 22 apresenta uma foto do material utilizado no processo de para determinação da
viscosidade para cada tipo de mistura.
Figura 22: Fotos do viscosímetro utilizado no experimento.
3.2 Operação do gerador de energia
No experimento foram considerados os seguintes parâmetros não variáveis, variáveis e
fatores de avaliação:
- Não variáveis: carga resistiva (3 kW); volume do combustível no tanque (2,5 L); período
de teste por blenda (3600 s); rotação do trabalho do gerador de energia (3600 rpm); tensão
nominal de serviço (220 V);
- Variáveis: concentração das mistura de óleo biodiesel sendo: B6 (biodiesel comercial),
B10, B20, B30, B40, B50, B75 e B100 (biocombustível puro);
- Fatores de avaliação: potência (W), tensão (V), corrente elétrica (A), frequência (Hz),
consumo de combustível (L), emissão de monóxido de carbono (percentagem de CO), emissão de
dióxido de carbono (percentagem de CO2), intensidade sonora (dB) e viscosidade (g/ml).
46
Na Figura 23 mostra um croqui do sistema de geração de energia experimental e pontos
de passagem para coleta dos registros de medição de grandezas.
Figura 23: Croqui do sistema de geração de energia experimental.
Os volumes recebidos das blendas preparadas por componentes das misturas foram pré-
aquecidos à temperatura de 38ºC (VOPATO et al. , 2009) e abasteceram o tanque original do
gerador. Na sequência acionou-se o gerador de energia e durante todo o período de
funcionamento de 3600 s iniciando-se a medição das grandezas elétricas. Utilizou-se o
registrador de grandezas de energia, analisador de energia RE6000N da EMBRASUL. Todos os
registros foram armazenados para analise através do software, ANL6000 do equipamento
(EMBRASUL, 2004).
Durante cada período de funcionamento do gerador de energia, por mistura, foram
medidos valores máximos e mínimos das percentagens de volumes de gases monóxido de
carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2), emitidos na saída do escapamento e coletados por
uma haste do analisador de gases da BOSCH, modelo BEA 724. Em função dos parâmetros de
47
escala dos gráficos, o tempo de coleta não ultrapassou a 300 s de registro e o duto e câmara de
gás não apresentaram vazamentos no módulo de calibração do equipamento. Somente duas
medições foram consideradas válidas como registros de gases emitidos, a mínima e a máxima. O
equipamento BOSCH, modelo BEA 724 permite medições de outros gases, porém, não fazem
parte do objeto deste estudo, logo, não foram registrados (BOSCH, 2008).
Na obtenção do nível da intensidade sonora, durante a operação dos geradores de energia
e em função das trocas de blendas, as medições em decibéis foram realizadas a uma distância de
7 metros dos equipamentos.
Na medição do consumo de combustível para cada tipo de mistura utilizado foi realizada
pelo critério do método avaliação volumétrica, ou seja, o tanque fora abastecido com o volume
inicial 2,5 L da mistura de biodiesel e após o período do experimento de 1 h de funcionamento do
gerador de energia recolhe-se e mede-se a quantidade restante. Assim, utilizando-se a Equação 7
obteve-se o consumo para cada tipo de mistura de biodiesel, por hora.
T
VVV
BXfinalBXinicial
BXGasto
(7)
Sendo BXV o volume da mistura de biodiesel inicial, final e gasto restante, e T o período
de 1 h de funcionamento do gerador de energia para o experimento.
A Equação 8 determina o rendimento (η) e refere-se à força eletromotriz (E) do motor, a
diferença de potencial (V) nos bornes do gerador de energia e o fluxo de cargas (A).
Nom
Blenda
IE
IV
.
. (8)
Para cada cálculo do índice de eficiência das grandezas medidas, por mistura de biodiesel,
utilizou-se a Equação 9 como referência, alterando-se os tipos e unidades, respectivamente.
48
)(
.)(.100(%)
6 unI
unII
B
BX (9)
Após medição do combustível retirado do tanque ao final de cada ciclo, separou-se uma
amostra para com o uso do instrumento determinar-se a viscosidade das misturas de biodiesel. A
Figura 24 apresenta o esquema do sistema operacional de geração de energia contendo
equipamentos e registradores de medição utilizados no experimento.
Figura 24: Esquema do sistema operacional de geração de energia.
49
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para todo experimental do presente trabalho foi utilizado um gerador de energia composto
de motor, alternador e painel de controle, com possibilidade de produzir eletricidade nas tensões
de 110 V e 220 V. O gerador possui um sistema de controle para regular a rotação do motor,
garantindo as características informadas pelo fabricante, que são motores de quatro tempos com
rotação de 3600 rpm, ignição direta, refrigeração por convecção a ar, potência máxima de 6,0 kW
e capacidade máxima do tanque 15 L para autonomia 12 h por gravitação (NAGANO, 2010).
No experimental utilizou-se uma simulação de carga de 1,0 k W, por fase, que equivale a
próximo de 50% da capacidade nominal máxima permitida pelo gerador de energia. Para a
emissão de gases de combustão do gerador de energia foram considerados valores médios dos
registros de repetidas medições em intervalos de 300 s. A continuação dos experimentos foram as
medições da intensidade sonora do gerador de energia em funcionamento e da viscosidade de
cada tipo das misturas de biodiesel.
4.1 Eficiência da potência ativa
No que diz respeito à utilização de biodiesel em motores de combustão interna, estudos já foram
realizados, como o de que a combustão da mistura no interior dos motores de combustão interna é
um dos processos que controlam a potência, a eficiência e a produção de gases (VALENTE,
2007).
A Tabela 6 representam os resumos dos registros das grandezas elétricas, por blenda, obtidos
pelo analisador de energia, no que tange aos parâmetros da tensão (V), corrente (A), potências
ativa (W) e do fator de potência. Os registros foram feitos para as blendas B6, B10, B20, B30,
B40, B50, B75 e B100.
50
Tabela 6. Relação dos registros das grandezas elétricas por blendas.
Foram considerados os parâmetros nominais com base nas características elétricas
nominais máximas fornecidas pelo fabricante, no experimento foi considerada metade da
potência máxima, que é igual a 3 kW, tensão nominal igual a 220 V e corrente nominal para
carga com potência ativa de 1 kW por fase igual a 4,55 A.
51
Na Figura 25 apresenta-se o gráfico das medições de potência ativa para todas as blendas
incluídos os parâmetros nominais mais aqueles calculados.
Figura 25: Gráfico das medições da potência ativa por blenda.
Neste gráfico, se comparado os parâmetros nominais calculados de potência ativa com os
valores medidos no experimental para cada blenda, obtém-se o rendimento do gerador de energia
em relação a cada tipo de concentração.
Ainda comparados com os valores nominais, nos valores das blendas, observa-se no
gráfico uma queda inicial esperada no rendimento do gerador para blenda B6, que continua para
blenda B10 seguinte. A partir da blenda B20 até a B75, demonstra-se crescimento gradativo com
o aumento das concentrações, ficando próximo para B20, igual para B30 e superior para B40. De
acordo com CUNHA (2009), ratifica-se esta tendência pela constatação de uma relação inversa
entre a potência desenvolvida pelo motor e a temperatura do combustível. Na sequência ainda
informa sobre outro parâmetro que afeta a potência do motor e a temperatura, que é a
viscosidade, ou seja, quanto menor for a viscosidade, menor será a fuga de combustível.
As blendas de maior concentração mantiveram valores próximos ao da blenda B6,
conforme REIS et al. (2013), citando XUE et al. (2011), aponta-se que os parâmetros críticos na
previsão de haver ou não atomização apropriada e determinam as facilidades da carburação.
52
No experimental do presente trabalho verifica-se que ocorre uma divergência parcial na
tendência da eficiência das blendas B50, B75 e B100, que se comparadas com FIORESE (2012),
na sua avaliação de um motor, observou-se que com o uso de biodiesel de frango puro (B100),
houve redução do consumo energético e aumento da eficiência do motor, passando de 30,7% para
32,4%.
VOLPATO et al., (2009), utilizou o biodiesel puro de soja (B100) em um motor agrícola e
observou uma pequena redução na potência e no torque do motor, entretanto, para o consumo
específico e horário, os resultados foram mais satisfatórios quando operando com biodiesel do
que com o diesel fóssil.
Conforme DIB (2007), nos motores das rotações acima de 2100 rpm e nas blendas acima
de B60, tem-se uma maior estabilidade no torque do motor proporcionalmente e em função da
melhor combinação entre o escoamento de ar, injeção de combustível e tempo de combustão. Na
sequência, esclarece o fato de que o biodiesel possui número de cetano maior que o biodiesel
comercial, permitindo assim uma eficiência maior em rotações mais altas.
Segundo MAGALDI (1981), o rendimento do gerador é definido como a razão entre a
potência restituída e a potência recebida, que são respectivamente as potências ativas nominal e a
potência ativa medida de cada blenda. Este rendimento elétrico é crescente com a potência do
gerador de energia e elevado se comparado com os rendimentos térmico ou mecânico.
Para o cálculo da eficiência da potência utilizou-se a Equação 10 e na Tabela 7 reunimos
os valores calculados. Calculou-se a relação da potência ativa nominal com cada uma das
medições obtidas por blenda.
)(
)(.100(%)
kWIE
kWIEIE
N
BX (10)
A partir das informações apresentadas, observa-se um comportamento crescente da
eficiência em função do aumento das concentrações e com resultados melhores nas blendas B50,
75 e B100, comparadas com as obtidas com a blenda B6. A Figura 26 apresenta o gráfico dos
53
índices de eficiência da potência ativa nominal fornecida pelo fabricante e aquela obtida das
medições realizadas no experimento.
CUNHA (2009) obteve resultados semelhantes de eficiência de potência nas misturas B80
e B100, de biodiesel de soja, superiores ao biodiesel comercial. Segundo o mesmo autor esta
relação está diretamente ligada com a viscosidade das blendas, que para temperaturas mais altas
encontram-se os menores valores, melhorando a fluidez do combustível da bomba até os bicos
injetores e melhorando a pulverização do mesmo na câmara de combustão do motor.
Tabela 7. Relação das eficiências da potência nominal em relação a potência nominal máxima.
Blenda Nominal B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
Potência ativa (KW) 3,00 2,95 2,85 2,93 2,95 2,96 2,95 2,98 2,95
Eficiência (%) 100,00 98,20 95,12 97,74 98,20 98,60 98,36 99,47 98,52
Figura 26: Gráfico da eficiência da potência ativa nominal em relação a potência nominal
máxima.
CHAVES et al. (2012) obteve resultados nas potências de saída maiores com o biodiesel
comercial adquirido nos postos de combustíveis diesel, enquanto BARBOSA et al. (2008)
constatou aumento quando utilizadas as misturas B20 e B100.
54
4.2 Eficiência da emissão de gases
Iniciado o funcionamento do gerador de energia, respectivamente utilizando como
combustível cada blenda produzida, aguardou-se vinte ou trinta minutos para iniciar-se o
processo de aquecimento e a autocalibração do analisador de gases da BOSCH, modelo BEA
724. Na sequência conectou-se a haste coletora ao escapamento do gerador e iniciou-se processo
de registros de emissão de gases monóxido de carbono e dióxido de carbono, previamente
selecionados. A Figura 27 apresenta, como exemplo, a foto da tela do equipamento durante os
registros das emissões dos gases por blenda. Fica esclarecido que o equipamento da BOSCH,
modelo BEA 724, exige a seleção de quatro parâmetros de leitura simultâneos na programação,
que neste caso foram leitura da emissão de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono
(CO2), temperatura do motor e rotação do motor, mas estes dois últimos sensores não estavam
disponíveis, logo, estas grandezas não foram registradas, logo, foram desconsiderados para a
composição do trabalho.
Figura 27: Foto da tela do registrador de emissões de gases por blenda.
55
Na Tabela 8 foram relacionados os valores medidos de percentagem de volume de
monóxido de carbono (CO), por blenda. O monóxido de carbono (CO) é o resultado da
combustão incompleta ou parcial do combustível, na câmara de combustão. No caso de misturas
ricas, a quantidade de monóxido de carbono (CO) produzida está em proporção direta com a
relação do ar com o combustível. O nível de monóxido de carbono (CO) no escape é medido em
percentual (%) de volume do total amostrado de emissões, quanto mais rica a mistura, maior o
percentual de monóxido de carbono (CO) produzido.
Tabela 8. Relação das medições do monóxido de carbono por blenda.
Blenda B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
%V 0,08 0,06 0,07 0,08 0,09 0,08 0,10 0,13
A Figura 28 apresenta o gráfico da evolução dos valores medidos de emissão de
monóxido de carbono (CO).
Figura 28: Gráfico de medição de monóxido de carbono (CO) por blenda.
56
A partir dos registros obtidos, verifica-se que para as blendas B10, B20 e B30 os valores
são menores e iguais aos da blenda B6, enquanto nas blendas superiores B40, B50, B75 e B100,
são mais elevados. De acordo com VALENTE (2006), as concentrações de monóxido de carbono
(CO) de motores de combustão interna com ignição por compressão são baixas, uma vez que o
motor diesel opera com misturas pobres.
TORRES et al. (2006) ensaiando motores com biocombustíveis de óleo de gordura
residuais na blenda B100 e obteve na medição de percentagem de volume valores maiores que
para o biodiesel comercial, comparativamente a blenda B6, porém, não obteve os mesmos
resultados utilizando-se o óleo de soja. A taxa de formação de monóxido de carbono (CO)
aumenta com o aumento do volume de combustível injetado em relação à massa de ar admitida, e
a formação é consequência da queima incompleta do combustível. A principal causa da formação
de monóxido de carbono (CO) em motores diesel é reduzida atomização do combustível,
resultando em oxigenação insuficiente, sendo assim, o aumento da concentração de biodiesel na
mistura não provoca o aumento da emissão de CO. Na abordagem de ROSA et al. (2012), tendo
ensaiado um motor gerador de energia com blenda B25 de diversos biodieseis vegetais, verificou-
se que o biodiesel de óleo residual de fritura apresentava as maiores reduções de CO, comparados
ao biodiesel comercial. Para CUNHA (2009), ocorreram variações, porém, não foram
consideradas significativas, ratificando que a variação da emissão de CO em relação ao biodiesel
comercial, equivale Ao da blenda B6.
XUE et al. (2010), relata a tendência de considerar que a emissões de monóxido de
carbono (CO) reduzem quando o diesel é substituído por biocombustível na concentração B100.
Na sequência, descreve que valores de redução de até 50% são obtidos em relação ao biodiesel
comercialmente comparados aos biocombustíveis de vegetal, uma taxa baixa de emissão e uma
devido a ultra baixo presença de enxofre diesel. No entanto. as literaturas sobre este assunto
mostram a menor redução de cerca de 30% em relação ao diesel.
KOIKE et al. (2010) atribue o aumento na emissão de monóxido de carbono (CO) ao
calor latente de vaporização do álcool e à possível diminuição da temperatura na câmara de
combustão.
A Equação 11 apresentada refere-se ao cálculo da eficiência de cada ensaio experimental
das blendas B10, B20, B30, B40, B50, B75 e B100, em relação a blenda B6. Na sequência
57
relacionamos os valores obtidos na Tabela 9 e montamos o gráfico da eficiência de emissão da
Figura 29, o qual relaciona as medições das blendas B10, B20, B30, B40, B50, B75 e B100 com
a blenda B6.
)(%
)(%.100
6 VICO
VICOICO
B
BXref (11)
Tabela 9. Relação das eficiências de emissão de monóxido de carbono.
Blenda B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
% 100,00 75,00 87,50 100,00 112,50 100,00 125,00 162,50
Figura 29: Gráfico da eficiência do volume de emissão de monóxido de carbono (CO) da blenda
B6 em relação com as demais.
Em ROSA et al. (2012), o monóxido de carbono (CO) é um produto da combustão
incompleta, portanto, com cargas mais altas do motor e a temperatura mais elevada de
combustão, promove uma combustão mais completa e consequentemente, uma menor emissão,
que no presente trabalho é justificado pelo resultado observado para as blendas B10, B20 e B30,
principalmente. Conforme VALENTE (2006) a viscosidade é um parâmetro importante nos
projetos de admissão de combustível para motores, assim como para os parâmetros de injeção.
58
Segue ainda dizendo que fixados estes parâmetros, o aumento da viscosidade implica na redução
da quantidade de combustível para a combustão justificando o aumento da percentagem de
volume de emissão de monóxido de carbono nas blendas B40, B75 e B100.
As taxas de emissão de dióxido de carbono (CO2) são utilizadas para determinar o nível
de eficiência de funcionamento dos motores, e é resultante da combinação de uma molécula de
Carbono com duas de Oxigênio, durante o processo de combustão. No experimental do presente
trabalho, foi utilizado o registrado de percentagem de emissão de gases BOSCH, modelo BEA
724 para medir as percentagens de dióxido de carbono (CO2) coletado no escapamento,
permitindo visualizar a eficiência de funcionamento do motor no momento da leitura. Ou seja,
qualquer deficiência do motor, relacionada ao processo de combustão, afetará o nível de dióxido
de carbono (CO2).
Foram relacionados na Tabela 10 os valores medidos de volume de dióxido de carbono
(CO2), por blenda e expresso na Figura 30 o comportamento registrado graficamente.
Tabela 10. Relação das medições de volume de emissão de dióxido de carbono por blenda.
Blenda B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
%V 3,60 3,00 3,50 3,70 3,40 3,40 3,60 3,80
Figura 30: Gráfico de medição de dióxido de carbono (CO2) por blenda.
59
A partir dos registros obtidos verifica-se que para as blendas B10, B20, B40 e B50, os
valores registrados foram menores que os da blenda B6, enquanto nas blendas B30, B75 e B100
estes valores foram maiores ou igual comparados a B6.
FERNANDES (2012), utilizando biodiesel de reuso de óleo vegetal em motor diesel,
observou que a redução da emissão de dióxido de carbono (CO2) é proporcional à porcentagem
de misturas entre o biodiesel e diesel comercial. Já para VALENTE (2007), a quantidade de
dióxido de carbono cresce, porém, discretamente com o aumento da concentração das blendas.
Em FIORESE (2011), no experimental com motores de tratores utilizando biodiesel, obteve
como resultados de emissão de dióxido de carbono (CO2), divergentes e com valores maiores
para B20 para rotações altas, mas para blendas acima de B50, apresentou uma tendência de
estabilidade se comparadas com as demais misturas, já para a blenda B100 apresentou um valor
pouco menor que B20.
BARROS (2007) aborda que o dióxido de carbono não é considerado diretamente
prejudicial à saúde, está entre os exemplos de efeito físico de contaminação uma vez que o
aumento de concentrações é um dos componentes fundamentais para o aumento da temperatura,
conhecido como efeito estufa. A formação de dióxido de carbono (CO2) depende da queima total
ou não do combustível. Por tanto, em presença de falhas de combustão, o nível produzido será
menor que aquele correspondente à combustão completa.
Segundo REIS et al. ( 2013), no estudo das características da emissão de poluentes em
testes em dinamômetros, com motor de compressão utilizando diesel, biodiesel e diferentes
misturas de diesel/biodiesel, de maneira geral as emissões de dióxido de carbono (CO2)
aumentam em função da ação conjunta de elevação de carga aplicada e do aumento da
concentração de biodiesel no combustível.
A Equação 12 refere-se ao cálculo da eficiência da emissão de dióxido de carbono (CO2)
de cada ensaio experimental das blendas B10, B20, B30, B40, B50, B75 e B100, em relação a
blenda B6. Na sequência relacionamos os valores obtidos na Tabela 11 e montamos o gráfico da
eficiência de emissão da Figura 31.
)(%
)(%.100
6.2
.2.2
VICO
VICOICO
B
BXref (12)
60
Comparadas as eficiências das blendas com B6, verifica-se que B10 apresenta a menor
quantidade de emissão de 12,87% menor. A partir daí observou-se uma tendência de aumento
emissões a medida que se aumentava o nível de concentração. Para a blenda B100, obteve-se o
maior valor acima da blenda B6. Deixadas as desvantagens de apresentarem uma emissão de
dióxido de carbono (CO2) progressivamente maiores, que contribuem com o aumento de efeito
estufa.
Tabela 11. Relação das eficiências de emissão de dióxido de carbono.
Blenda B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
% 100,00 83,33 97,22 102,78 94,44 94,44 100,00 105,56
Figura 31: Gráfico da eficiência do volume de emissão de dióxido de carbono (CO2) da
blenda B6 em relação com as demais.
4.3 Eficiência do consumo de combustível
61
A Tabela 12 apresenta os resultados do consumo médio por blenda de combustíveis
utilizada no gerador de energia durante o experimental. Foram consideradas invariáveis durante
todo o processo experimental as grandezas de rotações por minuto (rpm) do motor , tensão do
gerador de energia (V), simulação da carga e consequentemente a potência do equipamento. A
Figura 32 representa graficamente a tabela de consumo levantado pelo experimental por blenda.
Tabela 12. Relação das medições de consumo de combustíveis por blenda.
Blendas B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
L.h-1
1,33 1,42 1,58 1,52 1,82 2,58 2,71 2,5
Figura 32: Gráfico das medições de consumo de combustível por blenda.
Conforme descrito na metodologia do experimental, a quantidade de biocombustível por
blenda produzido foi de 2,5L, sendo esta considerada razoável para o tempo de 60 minutos de
operação, por experimento, de cada mistura. Foi adotado o critério de iniciar os experimentos a
partir das blendas de menores concentrações para as blendas de maiores. Porém, durante o
62
experimental da blenda B50 verificou-se, comparadas com blendas menores, o consumo de
combustível aparentava-se elevado, logo, devido ao risco da interrupção do processo de registros
de grandezas, optou-se pela redução do tempo para quarenta e cinco minutos de funcionamento
do gerador de energia e por interpolação de valores, calcularmos consumo para os 60 minutos. A
relação das medições de consumo de biodiesel, por tipo de mistura, foi relacionada e a Figura 33
apresenta-se o gráfico representando comparativo do desempenho.
Observando-se o gráfico das medições de consumo das blendas B10, B20 e B30, verifica-
se que os valores orbitam em torno do consumo da blenda B6, aproximadamente 15,8%. Para as
blendas B40, B50, 75 e B100, comparativamente são bem superiores. Em função do crescimento
comportamento do consumo observado no gráfico, foi traçada uma reta para identificamos a
tendência de convergência dos pontos, confirmando a linearidade do aumento do consumo em
função do aumento das concentrações. LIMA et al. (2012) ratifica as observações verificadas,
informando que vários autores também observaram aumentos dos consumos de combustível à
medida que se aumentam a proporção de mistura do uso do biocombustível. Seguindo a
referência apresentada, CUNHA (2009), CORRÊA et al. (2008), VOLPATO et al. (2009).
CORRÊA et al. (2011) e FIORESE (2012) confirmam que o consumo horário tende a ser maior
ao utilizar-se biodiesel, independente da matéria-prima de origem, se comparado com o biodiesel
comercial obtido nos postos combustíveis.
VALENTE (2007) registra no trabalho que para uma carga fixa, o consumo específico de
um combustível aumenta com o aumento da concentração de biodiesel na mistura, sendo o
melhor desempenho apontado quando o gerador de energia é carregado com aproximadamente
50% da capacidade da potência nominal. Analisando DIB (2010), vê-se que nos consumos
médios apontados no experimental para as blendas B25, B50, B75 e B100, são crescentes e
acompanham a linearidade obtida no trabalho.
A Equação 13 refere-se ao cálculo da eficiência do consumo de combustível obtidos de
cada ensaio experimental das blendas B10, B20, B30, B40, B50, B75 e B100, em relação a
blenda B6.
Na sequência relacionamos os valores obtidos na Tabela 13 e montamos o gráfico da
eficiência de emissão da Figura 33.
63
).(
).(.100
1
6.
1
.
hLIC
hLICIC
Bcomb
BXcombeficiencia (13)
Tabela 13. Relação das eficiências de consumo de combustível.
Blendas B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
Índice(%) 100 106,79 119,31 114,63 137,56 194,57 204,68 188,39
Figura 33: Gráfico da eficiência de consumo de combustível.
Verifica-se no gráfico o aumento no consumo de combustível à medida que as
concentrações de mistura aumentam também. Segundo SILVA (2012), existem diferenças para as
características físico-química através de análises para o poder calorífico, ponto de névoa,
densidade, viscosidade, ponto de fluidez, teor de cinzas e teor de enxofre do biocombustível
estabelecido. Ratificando SILVA (2012), nota-se que o aumento do consumo do biocombustível
significativamente, porém, discretas para as blendas B10, B20 e B30. Nas blendas B40, B50, B75
e B100 este aumento cresceu de forma muito alta, acima até de 100%.
64
4.4 Eficiência da intensidade sonora
A intensidade sonora foi medida durante todo o processo de cada experimental por
blenda. A Tabela 14 apresenta os registros de medições de intensidade sonora e na Figura 34
representamos graficamente estes resultados. Nota-se o valor mais alto é de 99,4 dB, para blenda
B100 e o menor valor de 97,3 dB para blenda B50, considerada a variação de 2,6 dB, entende-se
como diferenças insignificante para garantir algum conforto auditivo diferente entre as blendas.
Tabela 14. Relação das medições de intensidade sonora por blenda.
Blenda B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
dB 98,8 99,4 98,5 97,5 97,9 99,9 97,7 97,3
Figura 34: Gráfico de medições da intensidade sonora por blenda.
Para calcular o índice de eficiência da medição da intensidade sonora das blendas em
relação a B6, utiliza-se a Equação 14, sendo a sequência por tipo de mistura apresentado na
Tabela 15 e a representação gráfica pela Figura 35.
)(
)(.100
6 dbIS
dbISIS
B
BXref (14)
65
Tabela 15. Relação das eficiências de intensidade sonora.
Blenda B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
% 100 100,6073 99,69636 98,68421 99,08907 101,1134 98,88664 98,48178
Figura 35: Gráfico da eficiência de intensidade sonora.
Estimava-se inicialmente que durante o experimento com o gerador de energia em
operação, em função da diferentes viscosidades para cada tipo de mistura de biodiesel,
ocorressem variações na rotação dos motores e consequentemente atenuação da intensidade
sonora nos equipamentos para cada tipo de mistura em operação. Observou-se, porém, que os
níveis altos se considerados altos ao conforto humano, assim como, as alterações durante o
funcionamento dos geradores de energia as variações foram insignificantes e irrelevantes para o
experimento.
4.5 Eficiência da potência ativa em relação ao consumo
A Tabela 16 mostra os valores percentuais de eficiência da potência pelo percentual de
consumo de combustível e assim representada graficamente na Figura 36. Neste caso as blendas
B10, B30 e B20, respectivamente nesta ordem, apresentaram eficiência relativamente próximas a
B6, mas todas ficaram abaixo.
66
Tabela 16. Eficiência da razão da potência pelo consumo de combustível.
Blenda B6 B10 B20 B30 B40 B50 B75 B100
kW / L.h-1
(%) 100 90,47 83,25 87,24 72,94 51,4 49,35 53,08
Figura 36: Gráfico da eficiência da potência pelo consumo.
Considerados todos os tipos de misturas utilizados no experimento, verifica-se que a razão
da potência pelo consumo aumentou em função do crescimento das concentrações de misturas de
biodiesel. Na operação do gerador de energia, o índice da relação da potência pelo consumo de
combustível obtidos das blendas B10, B20 e B30 quando comparada ao biodiesel comercial B6,
foram de 9,53%, 16,75% e 12.75%, respectivamente, podendo ser considerados percentagem
razoáveis para operação dos geradores de energia. Para as blendas maiores B40, B50, B75 e
B100, foram obtidas as seguintes percentagens, 27,06%, 48,60%, 50,65% e 46,92%,
respectivamente, esta relação de aumento de consumo não seriam operacionalmente viáveis.
4.6 Eficiência da qualidade do biodiesel de óleo de fritura usado
Em SILVA FILHO et al. (2014), durante o processo para obtenção de biocombustível a
partir do óleo de fritura usado coletado de restaurantes na cidade de São Paulo, observou-se a
presença por decantação de uma quantidade de farinha no fundo de tubos de ensaio de amostras.
67
Estes materiais particulados são desprendidos durante o processo de fritura dos diversos tipos de
alimentos. A Figura 37 apresenta o resultado da decantação em escala maior, utilizando-se
tanques de decantação para amostras B50 e B100 produzidas nas mesmas propriedades físico-
químicas das utilizadas no experimento.
Figura 37: Foto da amostra do biocombustível decantando.
Pode-se observar que a turvação do biodiesel refere-se a quantidade de partículas de
material suspenso na solução e após o quarto dia observou-se a clarificação e decantação da
farinha nas amostras das misturas B50 e B100.
Considerando que o biodiesel obtido de óleo fritura usado seja uma alternativa para o uso
em sistema estático como gerador de energia, que entram eventualmente em operação nas
situações emergenciais, acredita-se na possibilidade da decantação da farinha do biodiesel no
tanque possa entupir o dispositivo de liberação de passagem de combustível para a bomba
injetora, ocasionando a interrupção ou danificação do equipamento. No intuito de mitigar esta
situação mencionada, será desenvolvida a patente de um dispositivo que atenue esta condição.
68
4.7 Resultado da determinação da viscosidade das misturas de biodiesel
A Tabela 17 relaciona os valores obtidos para como resultados da viscosidade das
misturas de biodiesel.
Tabela 17. Viscosidades determinadas por tipo de mistura de biodiesel.
69
5. CONCLUSÕES
Analisados os índices da eficiência da potência elétrica produzida pelo gerador de energia,
comparadas à potência nominal com as demais medidas das blendas, durante a operação dos
equipamentos, concluiu-se que todas apresentam desempenhos semelhantes, logo, não incorrem
quaisquer perdas consideráveis para os tipos de carga alimentados pelo equipamento. Entende-se
não haverem quaisquer perdas na qualidade ou rendimentos significativos para os consumidores
de energia, fornecido pelo gerador de energia.
Durante a análise da eficiência do gás, monóxido de carbono (CO), emitido pelo
escapamento do gerador de energia, concluiu-se que os melhores resultados ocorrem com as
blendas B10, B20 e B30, apresentando índices de emissão baixos, logo, são menos poluidoras.
Submetida a análise da eficiência do gás, dióxido de carbono (CO2), concluiu-se que todas
as blendas apresentaram bons índices de queima de combustível, garantindo o uso do biodiesel de
óleo de fritura usado como opção comercial.
Após análise da relação de consumo de combustível durante a operação do gerador para
as diversas blendas, todas apresentaram índices maiores do que os da B6. Considerando-se que
para os aumentos de consumo das concentrações de blenda B10(6%), B20(19,31%) e B30
(14,63%) são relativamente baixos menores que 20%, concluiu-se que estas são alternativas
razoáveis de combustível de uso contínuo.
No que tange a eficiência da intensidade sonora medida para o experimental com cada
blenda, concluiu-se que não houver variações consideráveis. Ressaltamos o fato que os geradores
de energia em operação emitem valores altos de intensidade sonora (ruído), logo, entende-se que
as avaliações dessas grandezas tornaram-se irrelevantes ao experimento.
Analisada a eficiência de qualidade de utilização do óleo de fritura usado, em função da
quantidade de particulados de farinha, entende-se que possa ser desenvolvido um dispositivo para
evitar o entupimento das bombas injetoras e ou ainda proteger o bico de captação de combustível.
Conclui-se com a análise da eficiência da razão das potências por blendas com as
medições realizadas, que a utilização do biocombustível obtido de óleos de fritura usados é
factível e apresenta uma melhor eficiência comprovada com as blendas B10, B20 e B30.
70
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