Veja. - biovegetal

5(68/7$'26'2352-(72'(021675$7,92
³8WLOL]DomRSUiWLFDGHWUDWRUHVQRYRVIDEULFDGRVHPVpULHH
FRQYHUWLGRVSDUDXWLOL]DUyOHRGHFDQROD´ (JRQ+DVVHO9RONHU:LFKPDQQ
Universidade de Rostock – Alemanha
±,QWURGXomRHREMHWLYR
O projeto demonstrativo “Utilização prática de tratores novos fabricados em série e
convertidos para óleo de canola”, também conhecido do público como “Projeto demonstrativo
dos 100 tratores”, foi iniciado pelo Ministério Federal de Defesa do Consumidor, Alimentação
e Agricultura (BMVEL) no outono de 2000 e financiado através da Agência Técnica para
Matérias Primas Renováveis (FNR). A Universidade de Rostock acompanhou esse
empreendimento cientificamente de abril de 2001 a outubro de 2005.
O objetivo foi que os 100 tratores, funcionando 800 horas por ano, demonstrassem se o óleo
puro de canola é capaz de substituir integralmente o combustível diesel tanto sob aspectos
técnicos como também sob aspectos econômicos e ecológicos. Entretanto, visto que para o
emprego de óleo de canola nem todos os problemas técnicos eram considerados como
suficientemente elucidados e tampouco havia uma liberação por parte dos fabricantes de
tratores, existia considerável risco técnico e financeiro na utilização desse combustível.
±'XUDomRGRSURMHWR
De abril de 2001 a outubro de 2002 foi modificado no âmbito do projeto um total de 111
tratores para funcionar com óleo de canola. Nessa alteração participaram 7 mecânicas de
conversão, das quais as empresas VWP e Hausmann atuavam em contexto supra-regional,
assumindo com 82% a maior parte das adaptações. A mecânica TC Bastorf abandonou o
projeto em virtude de problemas técnicos, de modo que os dados científicos se baseiam na
análise de 107 tratores (Tabela 1).
Após a conversão, os tratores funcionaram, segundo o respectivo leque de aplicações, um
total de 241.000 horas com óleo puro de canola, previsto para corresponder ao Padrão de
Qualidade RK.** Em decorrência, o tempo médio de funcionamento por trator foi de 2.257
horas. No âmbito de suas investigações científicas a Universidade de Rostock acompanhou
os tratores durante todo o período de funcionamento, abrangendo nelas:
• o conceito de conversão,
• o rendimento dos tratores,
• as emissões de gases,
• as panes no funcionamento,
• a qualidade do óleo de canola,
• a qualidade do óleo lubrificante,
• o leque de aplicações dos tratores.
*
Encerrado em outubro de 2005 – Tradução: Werner Fuchs, revisão técnica: José Carlos Laurindo.
Cf. Anexo I.
**
1/11
O funcionamento para ensaio dos tratores no projeto encerrou-se 3 anos depois da
conversão, ou seja, o mais tardar em setembro de 2005. Entretanto, depois de concluído o
projeto, 92 tratores continuam sendo movidos a óleo de canola.
(PSUHVD GH 0DUFD GRV 1ž WUDWRUHV 1ž WUDWRUHV VHP RX
FRQYHUVmR
WUDWRUHV
FRQYHUWLGRV FRPSRXFDVDYDULDV
VWP
Deutz-Fahr
41
32
John Deere 7
0
Fendt
6
6
Welte
1
1
New
1
0
Holland
Hausmann
Fendt
18
18
John Deere 6
0
Case
4
1
Deutz-Fahr
1
0
Claas
1
1
Same
1
0
Lamborghini 1
1
Gruber KG
Case
10
2
Igl –LT.
Case
1
0
LBAG Lüc.
Fendt
4
1
New
1
0
Holland
Stangl-LT.
John Deere 2
0
TC Bastorf
Case
1
0
7RWDLV
7DEHOD5HODomRGRQ~PHURGHWUDWRUHVVHPRXFRPSRXFDVDYDULDVVHJXQGRDPHFkQLFDGH
FRQYHUVmRHDPDUFDGRWUDWRU
±&RQFHLWRVGHFRQYHUVmR
A conversão necessária dos motores envolveu um grande número de medidas, entre as quais
estão, p.ex.:
• pré-aquecimento do bloco do motor,
• tubulações de maior diâmetro no sistema de baixa pressão do combustível,
• bombas de combustível de baixa pressão mais potentes,
• filtros de combustível maiores,
• pré-aquecimento do óleo de canola,
• regulagem de temperatura para o óleo de canola antes da bomba de alta pressão,
• bomba injetora de alta pressão adaptada para óleo de canola,
• bicos injetores com número maior de perfurações nos bicos (>5),
• mudança na geometria de injeção, e
• otimização da combustão via modificação de parâmetros do controlador do motor.
De um tipo de motor para outro diferem os procedimentos de adaptação aplicados. Das 107
conversões a grande maioria foi feita com o “conceito de tanque único” (sistema de um só
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combustível). Somente 11 tratores CASE foram equipados pelo “conceito de 2 tanques”
(sistema bicombustível) pelas empresas IGL-Landtechnik e Gruber. Em tratores de outros
fabricantes não se testaram os “conceitos de 2 tanques”.
Alguns motores já vinham equipados de série com consideráveis componentes para o
conceito de conversão, de modo que a abrangência da conversão pôde ser menor. Foi
preciso definir explicitamente a necessária abrangência de conversão para cada série de
construção de motores e em dependência da escala vigente de emissões. A título de exemplo
foi apresentado na )LJXUD o conceito da empresa LBAG Lüchow para o Fendt 411 com
dupla filtragem de combustível, pré-aquecimento elétrico e regulagem da pressão.
Tanque de
combustível
Tanque
com de
combustível,
aquecimento
elétrico
com
(220V)
aquecimento
elétrico 220V
Retorno com
válvula de
estrangulamento
Motor com injeção 836,
distribuição de combustível no
bloco e aquecimento da água
de refrigeração (220V)
Filtro convencional de Diesel
Bomba
Bomba de
Manual
transferên
cia
Aquecimento
Aquecedor elétrico
complementar
(12V) e com água de
Filtro, adicional, de
com água de
refrigeração
metal sinterizado
refrigeração
)LJXUD&RQFHLWRGHFRQYHUVmRQRH[HPSORGDHPSUHVD/%$*/FKRZSDUDWUDWRUHV)HQGW
836 – 8QLW 3XPS 6\VWHP (Sistema bomba–bico, atualmente, utilizado nos caminhões
Mercedes Benz fornecidos para o mercado brasileiro).
Todos os conceitos de conversão se dedicaram ao sistema de combustível. Medidas
fundamentais referem-se ao pré-aquecimento do óleo de canola, à ampliação das bitolas do
duto, e em geral um pré-aquecimento elétrico do bloco do motor. Duas empresas de
conversão aprofundaram as adaptações do sistema de combustível pela alteração da quantia
injetada e mudança na geometria dos bicos. Não foram feitos ensaios com mudanças nos
princípios ativos (p.ex., mudança no processo de combustão) na injeção, formação da mistura
e combustão. Cada um dos conceitos participantes estava representado o mais tardar desde
agosto de 2001 com pelo menos um trator no projeto demonstrativo.
3/11
±&XUYDVGHWRUTXH
Em comparação com o uso do combustível diesel, os tratores chegaram a fornecer torques
nominais de 90 % a 106 % medidos na polia de transmissão. Problemas de torque ocorreram
em função de avarias (p.ex., em bombas injetoras). A )LJXUD apresenta as curvas de torque
de um trator sem avarias ao longo da duração do projeto.
7UDWRU)HQGW)DYRULWFRPVLVWHPDGHLQMHomR836
Torque
[Nm]
n [rpm]
Diesel; 07-01-03, Óleo de canola;
13-03-02,
28-04-04
14-06-05
)LJXUD&XUYDVGHWRUTXHGHXPWUDWRUVHPDYDULDV
09-07-03,2
Na )LJXUD são mostradas, a título de exemplo, as perdas no torque de um trator com
avarias na bomba injetora do tipo VP 44, utilizada nos tratores Deutz Fahr (convertidos pela
empresa VWP). Essas máquinas apresentaram, no começo do projeto após a conversão
(anos 2001 e 2002), problemas de desempenho que foram solucionadas por modificações
apropriadas, de sorte que esses tratores entre (2003 e 2005) operaram com desempenho
próximo aos valores nominais referenciados ao combustível diesel.
7UDWRU-RKQ'HHUHFRPERPEDLQMHWRUD93
Torque
[Nm]
Diesel; 07-01-03, Óleo de canola;
13-03-02,
14-06-05
)LJXUD&XUYDVGHWRUTXHGHXPWUDWRUFRPDYDULDV
n [rpm]
09-07-03,2
28-04-04
4/11
±(PLVVmRGHJDVHV
Também quando movido a óleo de canola, o nível de emissões é determinado pela tabela de
emissões do trator anterior à conversão (Euro I ou Euro II). As emissões de gases no uso do
óleo de canola tiveram resultados um pouco piores nos tratores diretamente depois da
conversão para óleo de canola, particularmente em relação a emissões de NOx, em
comparação com o uso do diesel combustível antes da conversão. Através de novas
modificações dos conceitos de conversão foi possível melhorar o conjunto do comportamento
de emissões. Nas medições repetidas anualmente foi constatado em apenas cerca de 10%
dos tratores um comportamento de emissões nitidamente pior. Nesses casos é preciso partir
de alterações no conceito de conversão, para aumentar o rendimento do trator acima do
rendimento nominal. As emissões de monóxido de carbono dos tratores estão todas nos
mesmos níveis do funcionamento com combustível diesel.
±6HJXUDQoDQRIXQFLRQDPHQWRHVXVFHWLELOLGDGHDDYDULDV
63 dos 107 tratores chegaram ao final da duração do projeto sem ou com apenas pequenas
avarias (custos de consertos abaixo de ¼1.000 euros) e continuam sendo movidos a óleo de
canola. Avarias graves e, por isso de alto custo, ocorreram em 44 tratores. Desse grupo, 29
tratores continuam sendo movidos a óleo de canola também após a conclusão do projeto, 15
tratores foram reconvertidos para uso do combustível diesel.
Com nenhum dos 7 conceitos de conversão aplicados foi possível obter um funcionamento
dos motores sem avarias em todas as marcas de tratores e modelos para além de algumas
centenas de horas de uso. As falhas chegaram de perdas de rendimento, válvulas de escape
que emperram e injeções defeituosas até problemas de partida a frio.
A freqüência de avarias e a gravidade das avarias diminuíram ao longo do empreendimento
de 2001 a 2004. As avarias dos diversos grupos em funcionamento ao longo da duração do
projeto foram descritas na )LJXUD. A empresa VWP (16 tratores sem avarias) e a empresa
Hausmann (13 tratores sem avarias) de longe podem registrar menores as cotas de danos no
projeto, em vista do grande número de unidades dos respectivos tratores convertidos. Na
7DEHODforam arrolados os tratores sem ou com apenas poucas avarias ao longo da duração
do projeto em relação às empresas de conversão.
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Avarias em 2001
Avarias em 2002
Avarias em 2003
Avarias em 2004
Avarias em 2005
Diversos
Perda de torque
Mancais do comando de válvulas
Sistema de combustível
Partidas a frio
Câmaras de combustão
Válvulas de escapamento
Bombas injetoras
Bicos injetores
Juntas de vedação
)LJXUD$YDULDVGRVGLYHUVRVJUXSRVHPIXQFLRQDPHQWRGHD
3RGHVHFRQVWDWDUTXHDVXVFHWLELOLGDGHDDYDULDVGHXPWUDWRUPRYLGRDyOHRGHFDQROD
GHSHQGHIXQGDPHQWDOPHQWHGRPRGHORLQLFLDOGRWUDWRUHVRPHQWHHPVHJXQGROXJDUGR
FRQFHLWRGHFRQYHUVmRDSOLFDGR
Comparativamente livres de avarias ficaram os tratores marca Fendt, modelos 4XX e 7XX,
seja com conversões da empresa VWP seja também da empresa Hausmann. O conceito
básico dessas séries de construção de motores com 4 válvulas por cilindro, alta turbulência do
ar de admissão (elevada relação de Hub-Bohrungs), bico injetor central, alta pressão de
injeção na configuração “UPS”. Também nos tratores da empresa Deutz Fahr com o motor
Deutz 1013 ocorreram poucas dificuldades na segunda metade do projeto, depois que os
problemas de rendimento foram solucionados no ano 2002.
1R JHUDO H[LVWHP H[SHULrQFLDV GH XVR UHODWLYDPHQWH SRVLWLYR FRP VLVWHPDV GH DOWD
SUHVVmR 836 SDUD R IXQFLRQDPHQWR D yOHR GH FDQROD Esses sistemas geram altas
pressões de injeção mediante bombas de alta pressão providas de lubrificação, utilizam um
sistema de injeção hidraulicamente muito rígido e em geral se destacam pela colocação
central dos bicos injetores (jatos de injeção têm o mesmo comprimento). Ademais esses
motores possuem um abastecimento de combustível integrado ao bloco do motor para as
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bombas injetoras. Somada ao pré-aquecimento elétrico da água do radiador, ela providencia
que a partir da primeira rodada de trabalho estejam pré-aquecidos a bomba auxiliar do
combustível e o próprio combustível.
([SHULrQFLDV GH IXQFLRQDPHQWR PHQRV IDYRUiYHLV RFRUUHP ERPEDV GH GLVWULEXLomR GD
LQMHomRDIL[DGDVODWHUDOPHQWHDRPRWRUHOXEULILFDGDVFRPRFRPEXVWtYHO Nenhuma das
7 empresas de conversão foi capaz de converter com sucesso tratores com a bomba de
distribuição da injeção VP 44 da marca Bosch para o uso continuado de óleo de canola. Nas
bombas de distribuição da injeção dessa marca houve acúmulo de defeitos. Também outras
bombas injetoras lubrificadas pelo combustível, p.ex., da marca Stanadyne, muitas vezes não
corresponderam ao funcionamento com óleo de canola. Contudo a bomba clássica de injeção
em linha da Bosch, que ainda estava instalada em 3 tratores, foi aprovada no funcionamento
com óleo de canola, sendo usada parcialmente com sucesso como substituição para bombas
de distribuição.
Com elevado número de horas de funcionamento algumas marcas de tratores acusaram
válvulas de escape que emperram.
1R HQWDQWR QmR S{GH VHU GHELWDGD DRV FRQFHLWRV GH FRQYHUVmR D RFRUUrQFLD GH
IUHTHQWHV ILOWURV GH FRPEXVWtYHO HQWXSLGRV (VVHV SUREOHPDV GH IXQFLRQDPHQWR
VHPSUH IRUDP DWULEXtGRV D TXDOLGDGHV LQVXILFLHQWHV GR FRPEXVWtYHO QmR FRQGL]HQWHV
FRPR3DGUmR5.
Quanto à aplicabilidade de sistemas COMMON-Rail para o uso de óleo de canola não é
possível fazer uma afirmação conclusiva, porque esse sistema ainda não estava disponível
nos anos 2001 e 2002. Contudo se supõe que com esse sistema seja possível realizar as
necessárias pressões elevadas de injeção para a obtenção otimizada da mistura do óleo de
canola. Poderiam vir a ser problemáticos sistemas de injeção que trabalham parcialmente
com amplificadores hidrodinâmicos, muito influenciados pela viscosidade.
±'HVJDVWHHGHSyVLWRVQRIXQFLRQDPHQWRGHORQJRSUD]R
Do grupo de tratores que passaram pelo projeto sem consertos dispendiosos nas peças que
envolvem a câmara de combustão, inclusive o cabeçote e o sistema de injeção, foram
selecionados modelos com duração de funcionamento de mais de 3.000 horas e examinados
quanto ao desgaste. Nessa verificação se constatou que na região de atrito entre pistão e
cilindro não surgiu nenhum desgaste superior e que os sulcos foram bem preservados. Em
tratores que foram usados com freqüência com baixa potência ocorreram depósitos de carvão
no coletor e válvulas de admissão. Esses depósitos não foram constatados no uso freqüente
sob potência máxima.
Alguns sistemas de injeção UPS foram retirados dos tratores e avaliados após o término do
projeto. Também nessas peças não se constatou nenhum desgaste excessivo. Atualmente
estão sendo efetuadas medições e avaliações, pelos fabricantes dos sistemas de injeção. A
princípio devem ser respeitados os intervalos de substituição para os bicos injetores prescritos
pelos fabricantes.
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±4XDOLGDGHGRyOHROXEULILFDQWH
Para avaliar a qualidade do óleo lubrificante foram usados os parâmetros da viscosidade, teor
de fuligem, TBN e o teor de óleo de canola no combustível (diluição do óleo lubrificante). Com
base nas análises de tendências, intervaladas de 50 a 80 horas de funcionamento, foram
fixados os prazos de troca de óleo para os tratores. (PWRGRVRVFRQFHLWRVGHFRQYHUVmR
VHPRVWUDUDPHOHYDGRVWHRUHVGHyOHRGHFDQRODQRyOHROXEULILFDQWHGHPDQGDQGRXPD
QtWLGDUHGXomRSHODPHWDGHHDWpXPWHUoRGRVLQWHUYDORVGHWURFDGHyOHR
Para 75% dos tratores foi possível praticar no final do período do projeto intervalos de troca de
óleo de >200 horas ()LJXUD). Aumentos súbitos de viscosidade como sinal de uma incipiente
polimerização do óleo lubrificante (engrossamento do óleo) ocorreram somente no começo do
projeto em 6 tratores como conseqüência de problemas em juntas, sobrecarga térmica ou
intervalos de troca de óleo não obedecidos. Através de uma análise freqüente do óleo é
possível reconhecer a tempo estados críticos do óleo e evitar graves danos ao motor.
No de Tratores
Intervalos de troca de óleo
Intervalos de troca
2002/2003
,QWHUYDORVGHWURFDGHyOHROXEULILFDQWH
Intervalos de troca 2004
)LJXUD
±$TXDOLGDGHGRyOHRGHFDQROD
Premissa essencial para o funcionamento do motor sem avarias é a observância de uma
qualidade definida do combustível. Durante o projeto demonstrativo o “Padrão de Qualidade
RK 05/2000” serviu de base para a avaliação da qualidade do óleo de canola. &RQWXGRPDLV
GDPHWDGHGDVDPRVWUDVGHHVWRTXHGHyOHRGHFDQRODDQDOLVDGDVQRFXUVRGRSURMHWR
QmRREHGHFHUDPjVH[LJrQFLDVGR³3DGUmRGH4XDOLGDGH5.´)LJXUD
As principais causas foram condições impróprias de prensagem, falha no processo de
purificação, a falta ou o uso inadequado de filtros de segurança, vasilhame sujo, bem como
falta de qualidade ou armazenagem dos grãos. A qualidade do óleo de canola precisa ser
significativamente melhorada, para que possa cumprir os índices mais exigentes da futura
8/11
pré-norma DIN V 51605. É sumamente necessário construir um sistema abrangente de
manejo de qualidade, para consolidar o óleo de canola como combustível no mercado.
No de amostras
Período de amostragem
N de amostras de tanques de armazenagem
No de amostras que não atenderam a qualidade “RK”
o
)LJXUD&RPSDUDomRGDTXDOLGDGHGRyOHRGHFDQRODXWLOL]DGRFRPR3DGUmR³5.´
±&RQFOXV}HV
Ao longo de 3 anos 107 tratores convertidos foram analisados em um experimento de campo
de grandes proporções quanto à sustentabilidade ambiental, durabilidade e segurança de
funcionamento quando movidos a óleo de canola. Dependendo da marca do trator e do nível
tecnológico do motor, foram aplicadas diferentes medidas de conversão e adaptação no
sistema combustível de baixa pressão, no sistema de alta pressão e no comando de
combustão. O empenho para a conversão dependeu fundamentalmente da construção dos
motores.
Os motores UPS via de regra puderam ser convertidos e movidos com sucesso. Em motores
com bombas injetoras de distribuição foi consideravelmente maior o empenho de conversão e
com freqüência não foi exeqüível um uso mais prolongado sem avarias com óleo de canola.
63 dos 107 tratores superaram o período do projeto sem ou com pequenas avarias. Avarias
graves e por conseqüência de custos mais elevados ocorreram em 44 tratores, ou seja, em
mais de 40% dos tratores participantes. As avarias de funcionamento foram desde perdas no
rendimento, problemas de partida a frio, válvulas de admissão que emperram, defeitos nas
bombas injetoras, até danos na câmara de combustão. Por razões técnicas 15 tratores foram
reconvertidos para combustível diesel.
No funcionamento com óleo de canola a maioria dos tratores atingiu mais de 90 % do
rendimento nominal do motor.
As emissões de CO e NOx nas condições sem carga e de carga máxima, se situaram – pelo
menos nos tratores da categoria de emissões 1 – no mesmo nível do funcionamento do
combustível diesel antes da conversão.
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Altos teores de óleo de canola no óleo lubrificante se manifestaram em todos os conceitos de
conversão e demandaram subdividir pela metade ou até por um terço os intervalos de troca
de óleo.
No geral pode-se constatar que 2 de 7 empresas de conversão obtiveram o êxito de adaptar
com sucesso e de forma duradoura determinadas marcas de tratores ao uso de óleo de
canola. Nenhuma das 7 empresas, porém, foi capaz de adequar todas as marcas de tratores,
com cuja conversão se comprometeu no começo do projeto, de forma duradoura para o
funcionamento com óleo de canola.
O projeto demonstrativo apontou ainda grandes déficits em relação à qualidade do óleo de
canola, tornando evidente a necessidade de introduzir medidas abrangentes de controle de
qualidade na produção descentralizada de óleo vegetal.
Somente com base em uma qualidade normatizada e assegurada de combustível são
possíveis o funcionamento de motores sem avarias, a consolidação de demandas de garantia
e a continuidade no desenvolvimento da tecnologia do óleo de canola. Uma importante etapa
nesse sentido representou a publicação da pré-norma para combustível de óleo de canola
DIN V 51506 em junho de 2005.
Os dados do presente estudo podem apenas ser aplicados diretamente a tratores que
correspondam ao nível técnico das normas de emissões EURO I e EURO II. Uma introdução
extensiva do combustível de óleo de canola no mercado demanda investimentos amplos de
desenvolvimento por parte dos fabricantes de tratores, a fim de eliminar déficits existentes em
algumas marcas de tratores e manter a tecnologia do óleo de canola em consonância com as
prescrições vigentes para emissões. O projeto conseguiu comprovar que é possível o uso de
óleo de canola como combustível na agricultura com as tecnologias de motores existentes,
mediante cumprimento de certas condições periféricas, mas que ainda não é recomendável
de forma irrestrita no momento atual.
10/11
$1(;2,
³3DGUmRGH4XDOLGDGH5.´5. yOHRGHFDQRODFRPRFRPEXVWtYHO Landtechnik Weihenstephan + ASG
05/2000
3URSULHGDGHVFDUDFWHUtVWLFDVGRyOHRGHFDQROD
3URSULHGDGHVWHRUHV
8QLGDGHV /LPLWH /LPLWH 0pWRGRGHHQVDLR
PLQ.
0i[.
3
Densidade (15ºC)
Kg/m
900
930
DIN EN ISO 3575
DIN EN ISO 12185
ºC
220
DIN EN 22719
Ponto de fulgor cf. P.-M.
Valor calorífico
kJ/kg
35000
DIN 51900-3
2
Viscosidade cinemática
mm /s
38
DIN EM ISO 3104
(40ºC)
Comportamento no frio
Viscosimetria rotativa (condições
de ensaio em elaboração)
Facilidade de ignição
Método de ensaio em avaliação
(índice de cetanas)
Resíduos de coque
% da
0,40 DIN EN ISO 10370
massa
Índice de iodo
g/100g
100
120
DIN 53241-1
Teor de enxofre
mg/kg
20
ASTM D5453-93
&DUDFWHUtVWLFDVYDULiYHLV
Impureza total
mg/kg
25
DIN EN 12662
Índice de neutralização
mg KOH/g
2,0
DIN EN ISO 660
Estabilidade de oxidação
H
5,0
ISO 6886
(110º C)
Teor de fósforo
mg/kg
15
ASTM D3231-99
Teor de cinzas
% da
0,01 DIN EN ISO 6245
massa
Teor de água
% da
0,075 pr EN ISO 12937
massa
*
Padrão definido pelos agricultores para extração do óleo de canola a frio, aguardando normatização
governamental.
11/11