Apresentação do PowerPoint

Transcrição

Utilização de Gás Natural em
Motores e Cenário do Uso no Brasil
Guilherme B. Machado – PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPM
Tadeu C. Cordeiro de Melo – PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPM
Luiz Fernando Martins Lastres – PETROBRAS/CENPES/PDAB/LPE
Universidade Petrobras – Maio 2007
Sumário da Apresentação
Propriedades e características do gás natural
GNV em veículos leves
GNV em veículos pesados
Composição Típica do Gás Natural
• 88% Metano
• 9% Etano
• 1% Propano
• 2% Frações mais pesadas e gases inertes
Poder Calorífico Superior = 9.500 Kcal/ m3
Densidade Relativa ao Ar = 0,623
Características da Combustão de Gás Natural em
Motores
Maior Relação Hidrogênio / Carbono
– Queima mais limpa;
– Menor formação de depósitos;
– Menor desgaste do motor.
Estado Gasoso nas Condições Normais
– Carburação mais simples;
– Distribuição homogênea para os cilindros;
– Partida a frio mais fácil.
Característica Anti-detonante
– Taxas de compressão mais elevada.
Número de Metano
Característica calculada com base na composição
do gás que determina a tendência a DETONAÇÃO
100 (Metano)
34 (Propano)
O propano (C3H8) detona sob as
mesmas condições de teste que
uma mistura de 34% de metano
com 66% de hidrogênio
detonaria
0 (Hidrogênio)
Cálculos: “Paper Avl” com gráficos de misturas ternárias
“Software” Petrobras
“Software” Avl
Número de Metano
Número de Metano X Octanagem equivalente
Composição amostrada RJ
-Cromatografia:
• 90,40% Metano
• 7,51% Etano
• 1,11% Propano
• 0,03% Butano
• 0,56% Nitrogênio
• 0,39% Gás Carbônico
Número de Metano = 79,3 (Método da AVL)
MON equivalente = 126,1 (Método GRI, MON=0,679XMN+72,3)
MON mínimo especificado gasolina = 82
Índice Wobbe
IW = hvo √ ρ
, onde:
√ ρ0
IW = Índice Wobbe a 0 ºC, MJ/ m3
hvo = Poder Calorífico Superior do Gás a 0 ºC, MJ/ m3
ρ = Densidade do ar a 0 ºC, Kg/ m3
ρ0 = Densidade do gás a 0 ºC, Kg/ m3
Em um venturi, onde a relação ar / combustível é mantida constante,
a vazão da energia é proporcional ao Índice Wobbe. Desse modo o
IW permite prever o desempenho de um gás em um dado motor.
Aspectos de Segurança
Limite de inflamabilidade da mistura ar + gás - 6,5 a 17% de
gás natural no ar. GLP(Propano – 2,1 a 9,5%, Butano – 1,9 a
8,5%)
Temperatura de auto-ignição = 650 ºC. GLP (Propano - 466° C,
Butano - 405°C)
Densidade – 0,60 a 0,81 @20°C. Mais leve que o ar e havendo
vazamento, se dispersa. GLP (Propano – 1,56, Butano – 2,05)
Toxidez – Não é tóxico em baixas concentrações. Em
concentrações altas pode causar vômitos e asfixia
Precauções – Odorização para que uma concentração de 0,5%
seja detectada
Sumário
Introdução
Fatores responsáveis pelo crescimento da frota de
veículos a GNV
Motores do ciclo Otto
Tecnologia dos kits de conversão
Legislações atuais e futuras
Ensaios de emissões em veículos a GNV
Novas tecnologias automotivas
Conclusão
INTRODUÇÃO
Disponibilidade de GNV
no país e elevada diferença
de preços dos combustíveis
Desenvolvimento dos kits
de conversão para veículos
leves a GNV
Em 1996 – liberado uso do GNV
para frota.
Rápido crescimento
(740.000 veículos em 2002)
IBAMA
• Preocupação ambiental
• Limites de emissões
INMETRO
Padronização da
instalação e dos itens
de segurança do kit
RESOLUÇÃO CONAMA
nº 291 (04/2002)
RESOLUÇÃO CONAMA
nº 315 (29/10/2002)
OBS: FROTA EM 2006 DE 1
MILHÃO E 200 MIL VEÍCULOS
(2ª maior do mundo)
Sumário
Introdução
veículos a GNV
Motores do ciclo Otto
Conclusão
Fatores que levaram ao crescimento da frota
Aumento do preço do barril de petróleo;
Diferencial de preço atrativo;
Padronização da instalação e dos componentes dos kits de
conversão;
Incentivos fiscais nas licenças dos veículos;
Oferta de gás natural no Brasil;
Aumento da malha dutoviária;
Aumento da rede de distribuição de GNV em território nacional;
Especificação do GNV (Portaria ANP nº 104/2002).
Sumário
Introdução
veículos a GNV
Motores do ciclo Otto a gás natural
Conclusão
Motores Otto à gás natural
O funcionamento de um motor de ignição por centelha com
combustíveis líquidos ou gasosos se dá de forma análoga
Características particulares do uso de gás em motores de
ignição por centelha:
a) Resfriamento do sistema de admissão e da câmara de
combustão:
Combustíveis líquidos – Transferência de calor do carburador e do
coletor de admissão para vaporizar o combustível
Combustíveis gasosos – não há remoção do calor
O Sistema de arrefecimento deve estar
limpo e em perfeito funcionamento
Características particulares do uso de gás em motores de
ignição por centelha (cont.):
b) O gás admitido ocupa um volume maior se comparado aos
combustíveis líquidos.
Perda de potência da ordem de 10%
c) Mistura ar + gás ioniza menos o ambiente.
Sistema de Ignição em boas condições de uso
d) Combustão gera pequena formação de carbono
Menores taxas de desgaste do que com combustíveis
líquidos
Características particulares do uso de gás em motores de ignição
por centelha (cont.):
e) O óleo lubrificante não é contaminado por resíduos de fuligem nem
sofre diluição
Período de troca pode ser aumentado com base em
acompanhamento laboratorial
f) O gás natural possui um elevado poder anti-detonante possibilitando
a obtenção de maiores rendimentos sem detonação
Conversão de motores à álcool, flexfuel e emprego de
dispositivo de avanço automático
Características particulares do uso de gás em motores de ignição por
centelha (cont.):
g) Emissões – Ausência de enxofre e tendências de menores emissões
de CO (combustível não queimado), CO2 e NMHC. Tendências de
maiores emissões de NOx e CH4 não queimado
OBS: Motores convertidos: a depender do nível tecnológico da
conversão
Implantação efetiva da Resolução CONAMA 291
Sumário
Introdução
veículos a GNV
Conclusão
E
V
O
L
U
Ç
Ã
O
Kit de
conversão
Veículos
1ª geração
Carburados
(mecânico e
eletrônico)
Acionamento pneumático para a liberação do fluxo de gás;
Regulagem mecânica e manual da vazão do gás, com chave
comutadora de três estágios.
780.00
2ª geração
Carburados ou
com injeção
eletrônica
Alimentação do gás através de um mesclador;
Possuem emuladores de bicos injetores e de sonda lambda.
975.00
Características
Valor
(UU$)
3ª geração
Controle eletrônico da vazão da mistura GNV+ar em função da
1,300.00
sonda lambda, rotação e carga do motor;
Acionamento eletrônico da alimentação por um motor de passo.
4ª geração
Injeção de gás por bicos injetores de forma paralela no coletor de
admissão;
Redutor de pressão de dois estágios;
Eliminação da ocorrência do retorno de chama.
1,700.00
Injeção de gás por bicos injetores de forma seqüencial no coletor de
admissão;
Redutor de pressão de dois estágios;
Eliminação da ocorrência do retorno de chama;
Menor comprometimento de desempenho do motor.
2,000.00
5ª geração
Injeção
eletrônica
multiponto
Componentes de um kit de conversão (1ª e 2ª Gerações)
US$ 975.00
1 Válvula de Cilindro
2 Cilindro de armazenamento
3 Chave comutadora
4 Tubulação de gás de alta pressão
5 Válvula de abastecimento
6 Manômetro
7 Regulador de pressão
8 Mesclador
Eletroválvula de
gasolina
Emulador de
sonda Lambda
- Os kits de 1ª e 2ª geração, apesar de não atenderem aos limites de emissões de
poluentes, são os mais utilizados nas conversões de veículos automotores para GNV;
- Os kits de 3ª geração podem atender PROCONVE fase 3;
- Os kits de 4ª e 5ª gerações podem atender PROCONVE fase 4.
Sumário
Introdução
veículos a GNV
Conclusão
Â Portaria ANP 104: A resolução ANP 104 – regulamenta a especificação para o GNV (2002).
No caso do gás da região Norte (URUCU), a ANP publicou em 2005 portaria autorizando uso em projeto
experimental na cidade de Manaus por 30 meses
Limite
(elevado teor de N2 e baixo teor de CH4)
Carcterística
Unidade
Norte
kJ/m3
34.000 a 38.400
35.000 a 42.000
kWh/m3
9,47 a 10,67
9,72 a 11,67
Índice de Wobbe
kJ/m3
40.500 a 45.000
46.500 a 52.500
Metano, min.
% vol.
68,0
86,0
Etano, máx.
% vol.
12,0
10,0
Propano, máx.
% vol.
3,0
Butano e mais pesados, máx.
% vol.
1,5
Oxigênio, máx.
% vol.
Hidrogênio
% vol.
Inertes (N2 + CO2), máx.
% vol.
18,0
Nitrogênio, máx.
% vol.
Anotar
Enxofre total, máx.
mg/m3
Gás Sulfídrico (H2S), máx.
mg/m3
10,0
15,0
10,0
Ponto de Orvalho de Água a 1 atm, máx.
°C
- 39
- 39
- 45
Hidrocarbonetos Líquidos
mg/m3
Poder Calorífico Superior
Nordeste
Sul, Sudeste e Centro-Oeste
0,8
0,5
Anotar
5,0
4,0
2,0
70
Anotar
Â Resolução Conama nº 291:
- Emissão do Certificado Ambiental para Uso do Gás Natural em Veículos
Automotores – CAGN, pelo IBAMA com validade anual;
- Inclui o Modelo de Kit / Tipo de Motorização / Combustível;
Homologação por faixa de motorização: Classe A: até 1000 cc; Classe B: de
1000 a 1500 cc; Classe C: de 1500 a 2000 cc; Classe D: de 2000 a 2500 cc e
Classe E: acima de 2500 cc
• Os níveis de emissões de CO, NOx, HC emitidos por veículos convertidos
para GNV devem ser iguais ou inferiores aos medidos com o combustível
original.
Limites de Emissões de poluentes
CONAMA nº 291
PROCONVE L-3
Data
CO
(g/km)
HC
(g/km)
NOx
(g/km)
HCO
(g/km)
01/01/1997
2,0
0,3
0,6
0,03
Â Resolução Conama nº 315:
• Dispõe sobre as novas etapas do Programa de Emissões
Veiculares – PROCONVE.
Limites de Emissões de poluentes – CONAMA nº 315
Data
CO
(g/km)
THC*
(g/km)
NMHC
(g/km)
NOx
(g/km)
HCO**
(g/km)
PROCONVE L-4
01/01/2007
2,0
0,30
0,16
0,25
0,03
PROCONVE L-5
01/01/2009
2,0
0,30
0,05
0,12
0,02
* Somente para veículos a gás natural
** Exceto para veículos a gás natural
Sumário
Introdução
veículos a GNV
Conclusão
Ensaios de emissões
Â Os resultados apresentados na tabela a seguir foram obtidos a partir de
testes, realizados pela PETROBRAS, para avaliação de emissões
veiculares em veículos leves convertidos a GNV, segundo a norma
ABNT-NBR 6601. Foi utilizado um kit de 3ª geração.
Veículo
THC (g/km)
CO (g/km)
NOx (g/km)
CO2 (g/km)
1.0 - 1999 -Gasolina
0,11
0,38
0,31
189,9
1.0 - 1999 -GNV RJ
0,25
0,25
0,34
136,91
1.8 - 2002 - Álcool
0,09
0,96
0,07
188,02
1.8 - 2002 - GNV RJ
0,24
1,23
0,02
154,60
Â Para atender ao PROCONVE L-3, foram feitos diversos ajustes nos
componentes do kit, uma vez que os ajustes originais provenientes da
convertedora não permitiam o atendimento aos limites.
Veículo sendo ensaiado no CENPES
Computador
utilizado no ajuste
do motor de passo
Veículo 1.8 - 2003
Veículo sendo ensaiado no CENPES
Veículo 1.0 - 1999
Sumário
Introdução
veículos a GNV
Conclusão
Sistema OBD – On Board Diagnosis
Veículos a GNV da montadora
Veículos tri e tetra-fuel
ÂSistema OBD – On Board Diagnosis:
Sistema eletrônico, composto de um conjunto de sensores e de um
software, instalado a bordo do veículo e conectado ao módulo eletrônico de
controle, que visa:
9 Identificar deteriorização ou mau funcionamento de componentes
do sistema de controle de emissões;
9 Alertar ao usuário do veículo para proceder à manutenção ou
reparo do sistema de controle de emissões;
9 Armazenar e prover acesso às ocorrências de defeitos e ou
desregulagens no sistema de controle;
Implementação da tecnologia nos veículos leves para fins de inspeção
veicular prevista para 2007;
IMPACTO: pode encarecer o custo da conversão (desenvolvimento de
novos componentes), em função das dificuldades na interligação do kit ao
módulo dos veículos sem que haja geração de erros.
ÂVeículos a GNV da montadora:
Não há previsão no Brasil de se fabricar veículos leves exclusivamente a GNV;
Tende a apresentar um melhor resultado de emissões;
Veículo sai da montadora com motor e chassis preparado para o uso de GNV,
sendo a conversão feita em concessionárias autorizadas. O custo ~ R$ 3.100,00
ÂVeículos tri e tetra-fuel:
Equipados com tecnologia multicombustível que permite ao motor trabalhar com
álcool e/ou gasolina ou GNV, utilizando uma mesma unidade de gerenciamento;
Ao optar por GNV, o sistema bloqueia automaticamente a alimentação por
combustível líquido;
O chaveamento dos combustíveis é controlado por sistema eletrônico que ajusta o
funcionamento do motor de forma otimizada quanto a consumo, desempenho e
emissões de poluentes;
Pode ser equipado com turbocompressor no motor, que pode, de acordo com as
montadoras, garantir um ganho de até 50% de rendimento com GNV.
SIENNA TETRA-FUEL: E0, E22, E100 E GNV.
Lançado em Julho de 2006 - Roda preferencialmente
em GNV. Quando necessita de mais potência injeta
gasolina automaticamente.
Sumário
Introdução
veículos a GNV
Conclusão
Conclusão
Entre os desafios desse mercado destacam-se o equacionamento de questões
relacionadas à oferta de gás no mercado interno e o pleno atendimento da atual
legislação 291, uma vez que os ajustes de homologação dificilmente são levados para
as oficinas convertedoras. Também são comercializados kits de 1 e 2ª geração e
também kits de 3ª geração sem CAGN;
Rio de Janeiro – liminar desobriga o atendimento da legislação ambiental 291, levando
ao uso de um grande número de kits de 1ª e 2ª geração, dessa forma poluindo mais;
Em 2007, com os novos limites de NOx, será necessário o uso de kits de 4 e 5ª geração
de custo mais elevado;
A entrada de novas tecnologias automotivas, poderá acarretar em uma mudança de
configuração dos kits, implicando no desenvolvimento de novos componentes;
Calibrações com mão-de-obra mais especializada e equipamentos sofisticados serão
necessárias para garantir aos kits desempenho, consumo e emissões adequadas;
Caso nenhuma das recomendações anteriores seja atendida por parte dos
convertedores e caso os órgãos governamentais exerçam uma fiscalização rigorosa, a
frota de veículos a GNV no Brasil pode ser reduzida. O Controle de emissões é
fundamental para o crescimento sustentado do mercado de GNV – Atenção deve ser
data ao equacionamento de custos.
Introdução
Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica)
“Ottolização”
Diesel-gás
Considerações sobre emissões
Conclusões
Introdução
Aplicação do
GNV
Brasil – ainda é
incipiente
Três rotas tecnológicas
existentes:
“Ottolização”
Transporte público ônibus urbanos
Existe em diversas
cidades do mundo
Diesel-gás
Motor Otto a GNV original
de fábrica
Sumário
Introdução
“Ottolização”
Diesel-gás
Conclusões
Motor do ciclo Otto dedicado
Conceitos
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto
Desafios tecnológicos
Conceitos
Motor a gás do Ciclo
Otto
Princípio idêntico ao
motor a gasolina
Combustão prémisturada
Taxa de compressão
mais baixa em
relação ao ciclo
Diesel
Desenvolvimento de
motores dedicados:
dois enfoques
Motores de mistura pobre
Menor eficiência, o que
não significa menor
desempenho
Maior consumo
Motores estequiométricos
Vantagens: Motores OEM, melhor compromisso
entre desempenho consumo e emissões, baixo
nível de ruído.
Desvantagens:
Preço
do
veículo,
baixa
flexibilidade, uma montadora com veículo Euro II
(Produção parou em Dez. 2006).
Conceitos
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto -Brasil
Experiências passadas (80 e 90)
Consumo médio Diesel
- Motor sem gerenciamento eletrônico;
- Consumo: 2,35 km/l (Ar Cond.).
- Consumo: 1,7 km/m3 (sem Ar Cond.).
Poder Calorífico GNV x Diesel
Experiências atuais
- Motor com gerenciamento eletrônico;
- Consumo: 1,8 km/m3 (Ar Cond.);
- Desempenho totalmente compatível.
- 1m3
Diesel.
GNV
equivalente 1litro
Eficiência energética
- Ciclo Diesel > Ciclo Otto (23%).
Preço dos combustíveis
- Deve compensar diferença de
eficiências.
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto Mundo
Ônibus urbanos a GNV – Panorama mundial
Frota Total
Frota GNV
Correspondência
(%)
75.800
9.745
12,9
Itália
9.800
2.300
23,5
Austrália
8.600
1.830
21,3
China
100.000
1.600
1,6
França
6.800
1.100
16,2
Grécia
1.500
300
20
Espanha
1.958
125
6,4
País
Estados Unidos
O Brasil possui uma frota de 95.000 ônibus, dos quais 35.000
circulam em cidades com disponibilidade de gás natural
Fonte: Petrobras
Motores Otto - Daimler Chrysler
MERCEDES-BENZ M447hLAG
• 6 cilindros, 12 litros;
• 250 e 326 cv
• 1050 e 1250 Nm (1000 a 1400 rpm);
• Ciclo Otto com turbocooler, lean burn;
• Recentemente certificado para limites
EEV (mais rigoroso que o Euro V);
• Catalisador de oxidação;
• Caminhões, Ônibus, Articulados;
• Produzido no Brasil e exportado para
Europa.
MERCEDES-BENZ M366LAG
6 cilindros, 6 litros;
• 231 cv a 2600 rpm;
• 720 Nm a 1560 rpm;
• Ciclo Otto com turbocooler, lean burn;
• Atende CONAMA P4_Euro II com
valores bem mais baixos que os limites;
potencial para superar EEV e EPA 2004;
• Sem catalisador;
• Caminhões, Ônibus;
• Produzido no Brasil para o Mercado
brasileiro.
Motores Otto - Cummins Westport
C GAS PLUS
• 250 - 280 cv;
• 895 e 1152 Nm (1400 rpm);
• CNG/LNG;
• Atende U.S. EPA 2004, Euro III;
• Caminhões e Ônibus.
L GAS PLUS
• 320 cv;
•1356 Nm;
• CNG/LNG;
• Atende U.S. EPA 2005, Euro V;
• Caminhões, Ônibus e Articulados.
B GAS PLUS E B GAS PLUS
INTERNATIONAL
• 195 a 230 cv;
• 570 a 678 Nm a 1600 rpm;
• CNG/LNG;
• Atende U.S. EPA 2004, Euro III;
• Caminhões, Ônibus, Vans, Pick ups;
• Possui versão internacional
desenhada para montagem local na
China, Índia e Europa (150 a 230 cv).
• Possui versão a LPG (propano líquido)
195 cv.
L GAS PLUS
Conceitos
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo OTTO
Desafios tecnológicos para o Brasil
Melhoria da assistência
técnica
Limites de emissões
Euro III e Euro IV
Priorização dos
fabricantes
Treinamento para
técnicos das
concessionárias e
operadoras
Política estruturada
para a substituição
do Diesel pelo GNV
em ônibus urbanos
Novos fabricantes
no mercado
Sumário
Introdução
“Ottolização”
Diesel-gás
Conclusões
“Ottolização”
Conceitos
Experiências no Brasil e no Mundo
“Ottolização”
Conceitos
Redução na
compressão;
“Ottolização”
taxa
Transformação do
ciclo Diesel em Otto
de
Instalação de sistema de
alimentação e ignição do
GNV;
Eliminação do sistema de
alimentação de Diesel.
“kit” de conversão
Vantagens: Possibilidade de reconversão,
baixo nível de ruído, mercado de veículos
usados.
Desvantagens: Custo de conversão, baixa
flexibilidade, disponibilidade de “kits”,
enquadramento de emissões.
“Ottolização”
Conceitos
“Ottolização”
Experiências no Brasil
Década de 80
- Algumas experiências (elevados preços internacionais do barril do petróleo).
Década seguinte : - Programa descontinuado.
Entre 2005 e 2006
- Experiência com ônibus “ottolizado” na cidade de Porto Alegre, projeto
GASBUS, da RedeGasEnergia, iniciativa da Petrobras e da Sulgás (Companhia de
Gás do Estado do Rio Grande do Sul) – Destaques no desempenho e consumo.
Dificuldades de enquadramento de emissões. 2007 – catalisador.
Experiências mundiais
- Poucas iniciativas pela aplicação de “kits” de “Ottolização”.
- Argentina: OM 366, OM 366 LA (turbo), OM 352.
- França: existe o centro de pesquisas de máquinas térmicas (CRMT) que possui
experiência e tecnologia disponível nessa rota.
- Cummins-Westport oferece re-potencialização.
“Ottolização”
Experiências no Brasil
Conversão de motor OM-366LA de Diesel para operação
com Gás Natural (Tomasetto Achille)
- Substituição do cabeçote;
- Sistema de ignição por
velas;
- Pistões modificados;
- Coletor de admissão
modificado;
- Sistema de
armazenamento de gás;
- Consumo: 2,3km/m3;
- Desempenho compatível.
“Ottolização”
Conceitos
Disponibilização de
“kits” emissionados
Atendimento a limites de
emissões
cada vez mais restritivos
Serviço de assistência
técnica adequado
Investimentos em
desenvolvimento
Pesquisa revelou reduzido número de patentes (kits Ottolização) pelo mundo
(E.U.A. (3), Espanha (1), Grã-Bretanha (1), Austrália (1), China (1) e Dinamarca (1)),
de empresas desconhecidas do mercado.
Sumário
Introdução
“Ottolização”
Diesel-gás
Conclusões
Diesel-gás
Conceitos
Diesel-gás
Conceitos
Tecnologia
Diesel-Gás
Não é preciso instalar
sistemas de ignição
Adaptação do motor
original a Diesel
kit de conversão
Princípio de Funcionamento
Aspiração da
mistura ar+GNV
Injeção piloto
de diesel
Compressão da
mistura ar+GNV
Exaustão dos
gases
Explosão da
mistura ar+GNV
Vantagens: Flexibilidade, eficiência do ciclo Diesel, baixo nível de ruído, mercado de
veículos usados.
Desvantagens: Custo de conversão, disponibilidade de “kits”, enquad. de emissões.
Diesel-gás
MISTURADOR
COMUTADOR DE SISTEMA
SENSOR DE ROTAÇÃO
Diesel-gás
Funcionamento de motores diesel convertidos para o
uso de gás natural no sistema “dual fuel”:
• Admissão e compressão da mistura ar + gás;
• Injeção de pequena parcela de óleo diesel do final da
compressão
injeção piloto;
• Auto-ignição do óleo diesel dando início à frente de chama
(função análoga à vela de ignição);
• Combustão da mistura ar + gás de forma semelhante à
verificada nos motores OTTO
A Injeção piloto é responsável por aproximadamente
20% da energia total fornecida ao motor.
Diesel-gás
Motores de ignição por compressão (Ciclo DIESEL)
alimentados por Gás + Diesel
Ciclo Misto
Ciclo DIESEL
até a Injeção Piloto
Ciclo OTTO
após a Injeção Piloto
Diesel-gás
Características do Sistema “dual fuel”:
a) Projeto do Motor – Não sofre alterações
• Possibilidade da utilização de ambos os sistemas de
alimentação através de uma chave comutadora;
• Aumento da autonomia;
• Utilização em regiões onde não exista rede de distribuição de
gás.
b) Mistura ar + gás
• Mistura homogênea e bem distribuída;
• Pico e taxa de elevação de pressão reduzidos;
• Funcionamento mais silencioso
• Geralmente utilizam-se misturas mais próximas da
estequiométrica
Diesel-gás
Características do Sistema “dual fuel” (cont.):
c) Injeção Piloto - Cada gotícula de óleo Diesel funciona como uma frente
de chama
Motor OTTO com várias centelhas;
9 Maior eficiência de queima;
9 Utilização de misturas pobres.
Desejável:
• Quantidade mínima de injeção piloto
• Elevados níveis de substituição
Necessário:
• Bomba injetora em boas condições de uso para propiciar uma
distribuição homogênea para os cilindros;
• O óleo diesel funciona como refrigerante do bico injetor e deve ser
observada a temperatura máxima especificada pelo fabricante;
Injeção Piloto – no mínimo 5% do Débito em Potência Nominal
Diesel-gás
d) Variação de carga – Especialmente em motores com controle primário
da mistura ar + gás
9 Cargas Elevadas
Aumento do Rendimento em até
15%.
• Excesso de ar e facilidade de mistura;
• Aproveitamento da elevada taxa de compressão.
9 Cargas Baixas
Diminuição do Rendimento .
• Menor velocidade e/ou descontinuidade da frente de
chama;
• Queima incompleta ou atrasada;
• Elevação dos teores de HC e CO.
Utilização de componentes que limitam a entrada
de gás para cargas superiores a 30%
Diesel-gás
e) Fatores que influenciam da Detonação:
• Número de Metano;
• Temperatura e Pressão da mistura admitida;
• Taxa de compressão.
Temperaturas e pressões altas ao final da compressão + propagação
da frente de chama
Detonação da mistura ar + gás não queimada
Velocidade baixa
maior tendência a detonação devido
a tempo maior de pré-reação
Diesel-gás
f) Técnicas de Admissão de Gás
•
Carburação - Bastante simples e geralmente empregada em
motores com pequeno cruzamento de válvulas
Motores 4 tempos de aspiração natural
•
Injeção Sincronizada – Injeção de gás em quantidades e
períodos pré-estabelecidos e em sincronismo com o
funcionamento das válvulas com benefícios para emissões e
rendimentos
Motores 2 tempos, eletrônicos e
superalimentados
Diesel-gás
g) Desgaste do Motor e Estado do Óleo Lubrificante (CENPES-1991)
• Menor formação de depósitos;
• Menores taxas de desgaste;
• Maior durabilidade dos lubrificantes;
• Maior vida útil do motor.
h) Emissões (CENPES-1991)
• Isento de Enxofre
• Redução drástica da fuligem
Redução significativa de material particulado
Hoje: Limites de emissões mais severos e incluindo novos poluentes
– Dificuldades de enquadramento
Cruzamento de válvulas do motor Diesel – emissões de HC elevadas
Diesel-gás
Conceitos
Diesel-gás
No Brasil
- No período de 1983 a 1991, foram realizadas no CENPES avaliações desses
sistemas em ensaios em banco de provas e em campo (parceria com uma empresa
canadense). Resultados positivos (Rendimento térmico e consumo).
- Atualmente a Delphi e a Bosch têm projetos seguindo esta rota tecnológica,
porém ainda não foi lançado comercialmente um produto.
- Operação de um ônibus com essa tecnologia (Parceria: Companhia
distribuidora de gás do Rio de Janeiro – CEG, Prefeitura de Duque de Caxias e o
Consórcio Civic/Diesel-Gás). Cabe verificação de adequação de emissões do
sistema.
- Petrobras – avaliação de “kits” importados, com ênfase na adequação de
emissões do sistema e participação em novos desenvolvimentos com
universidades e empresas do segmento automotivo.
Diesel-gás
Motor Mercedes-Benz OM 366 com Kit Eletrônico AFS – CENPES 1991
Resultados em Banco de Provas
9 Desempenhos semelhantes;
9 Redução das emissões de particulados;
9 Rendimentos mais elevados;
9 Substituição de 70 a 89% de óleo diesel
Acompanhamento em Campo
Empresa ............................................................. Rodoviária A. Matias
Linha Acompanhada ....................................... 232 (Lins – Praça 15)
Quilometragem Analisada ................................................. 11.800 km
Índice de Substituição Volumétrica .............................................. 72%
Equivalência Operacional (m3 gás/ l óleo diesel) ...................... 0,96
Autonomia com Gás (6 cil. 80 litros) ..................................... 350 km
Economia do Sistema com GNC ............................................... 17%
Diesel-gás
CURVAS DE DESEMPENHO DO MOTOR OM 366
TORQUE (Nm)
420
400
380
360
REFERÊNCIA
340
AFS DIESEL
DIESEL+GAS
320
300
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
ROTAÇÃO (rpm)
2800
Diesel-gás
RENDIMENTO TÉRMICO À PLENA CARGA
MOTOR OM 366
RENDIMENTO ( % )
40
39
38
37
36
35
34
33
REFERÊNCIA
AFS DIESEL
32
DIESEL+GAS
31
30
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
ROTAÇÃO (rpm)
2800
Diesel-gás
COEFICIENTES DE ABSORÇÃO DE LUZ ( K )
2,5
(K)
TORQUE MÁXIMO
POTÊNCIA MÁXIMA
2
1,5
1
0,5
0
DIESEL PURO
DIESEL+GAS
PROCONVE 1993
Diesel-gás
Mundialmente
- Países que fazem uso dessa tecnologia: EUA, Canadá, Rússia e Argentina
(Pequenas escalas / motores específicos).
- Aplicação em maiores escalas: Índia, China e Paquistão.
- Não conformidade em relação aos limites de emissões aplicados no
Brasil atualmente.
- Desenvolvimentos de motores originais: Cummins-Westport, injetores bicombustíveis.
Diesel-gás
Conceitos
Diesel-gás
Disponibilização de
“kits” emissionados
Atendimento a limites de
emissões
cada vez mais restritivos
Serviço de assistência
técnica adequado
Investimentos em
desenvolvimento
Sumário
Introdução
“Ottolização”
Diesel-gás
Conclusões
Controle de emissões, breve histórico
- EUA foram o primeiro país a estudar e a implementar uma política de controle de
emissões veiculares (Década de 60).
- Os países menos desenvolvidos costumam adotar os limites americanos ou
europeus (cronograma defasado).
- No Brasil, o controle de emissões por veículos automotores existe desde 1986
(criação do PROCONVE, vinculado ao IBAMA).
Controle de emissões, operacionalização
-Legislação de emissões apresenta limites e procedimentos de testes diferenciados
para veículos leves e veículos pesados.
- Obtenção de autorização de comercialização no país: contempla ensaios de
verificação de emissões e homologação em dinamômetros de chassis (veículos
leves) ou homologação em dinamômetros de motor (veículos pesados).
Controle de emissões, operacionalização
- Poluentes legislados no Brasil: CO (monóxido de carbono), THC
(hidrocarbonetos totais), NOx (óxidos de nitrogênio) e, no caso de
veículos pesados, também o MP (material particulado).
- Aplicação GNV em veículos pesados: a partir 2007, limites para CH4
e NMHC.
- CO2 ainda não é legislado (contribui para o Efeito Estufa).
Controle de emissões, conversões
- Resolução CONAMA nº 291, nos veículos leves convertidos para GNV, limites
de emissões igual ou menores que o veículo original.
- Legislação não estabelece limites para conversões de motores pesados do
ciclo Diesel para operar como Diesel-gás, nem contempla a “Ottolização”.
Risco de desenvolvimento do mercado sem contemplar emissões.
Vantagens do GNV
- Na substituição do Diesel: significativa redução de MP (eliminando a fumaça
negra característica dos motores a Diesel) e de NMHC.
- Tendência de redução na emissão de CO2 (Efeito estufa).
- Redução dos demais poluentes legislados
tecnológicos dos motores e “kits” de conversão.
dependerá
dos
patamares
- Potencial para atender limites futuros com menores custos.
Desenvolvimentos adequados
Sem DPF
Limites de emissões Europa e Brasil
g/ kwh
EUROPA
2000
2006
Euro Euro IV
III
2,1
1,5
0,66
0,46
CO
HC
4,5
1,1
4
1,1
NOx
Part.
8
0,36
7
0,25
0,15
1994
1996
1998
Fase II
Fase III
Fase IV
CO
HC Totais
HC NMHC
11,2
2,45
---
4,9
1,23
---
NOx
14,4
Part.
Opac (ELR)
PROCONVE
BRASIL
1992 1996 1998
Euro I
Euro II
2008
Euro
V
1,5
0,46
5
0,1
3,5
0,02
2
0,02
2000
2006
P-5
2009
P-6
P-6
(ESC)
(ESC)
(ETC)
4
1,1
---
2,1
0,66
---
1,5
0,46
---
4
1,1
0,55
-87%
-81%
9
7
5
3,5
3,5
-76%
---
0,4/ 0,7
0,15
0,1 / 0,13
0,02
0,03
-95%
---
---
---
0,8 (ELR)
---
---
0,5 (ELR)
Novas tecnologias para Euro III, IV e V (Diesel), Maiores custos
Sumário
Introdução
Motor do Ciclo OTTO Dedicado (Original de Fábrica)
Ottolização
Diesel-gás
Oportunidades
Conclusões
Oportunidades
Pontos importantes
- Estrategicamente para o Brasil é mais interessante a aplicação controlada do GNV
em veículos pesados em substituição parcial ao Diesel.
- Políticas direcionadas para ônibus urbanos, condicionadas ao equacionamento de
questões relacionadas à oferta de gás no mercado interno. Responsabilidades do
Ministério das Cidades, de Minas e Energia, Governos Estaduais e Municipais.
- Disponibilização de tecnologias: “Ottolização” e Diesel-gás.
- Desenvolvimento de normas de testes e limites de emissões para conversões.
- Entrada de novos fabricantes no mercado disponibilizando motores dedicados a
GNV Euro III, Euro IV e Euro V.
- Mudanças de cultura, Treinamentos.
- Assistência Técnica.
Sumário
Introdução
Motor do Ciclo OTTO Dedicado (Original de Fábrica)
Ottolização
Diesel-gás
Conclusões
Conclusão
Pioneiro no uso em larga escala de
combustíveis veiculares alternativos
Brasil
Destaca-se mundialmente pelo uso do
GNV em veículos leves. 2ª frota mundial
Três rotas
tecnológicas
Desafios
tecnológicos
GNV em veículos
pesados
A partir do equilíbrio
da oferta de gás no
mercado interno
Melhoria das
condições
ambientais nos
centros urbanos
Passo importante
Limites de
emissões
Disponibilização
de tecnologias
Programas
nacionais /
incentivos

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