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DESEMPENHO COMPARATIVO DO MOTOR DE COMBUSTÃO ALIMENTADO
COM DIESEL, B50 E B100.
Fábio Moreira da Silva, Professor Adjunto DEG-UFLA, [email protected]
Afonso Lopes, Professor Doutor, DER-FCAV-UNESP/Jaboticabal, [email protected]
Pedro Castro Neto, Professor Titular DEG-UFLA, [email protected]
Miguel J. Dabdoub, Professor Adjunto DQ-USP/Rib. Preto, C
Nilson Salvado, Professor Adjunto DEG-UFLA, [email protected]
Rouverson Pereira da Silva, Professor Doutor, DER-FCAV-UNESP/Jaboticabal
RESUMO: O modelo energético brasileiro recomenda a diversificação de fontes
energéticas, fato este que se torna mais importante a cada dia face ao aumento do custo do
petróleo e sua tendência de escassez irreversível. Assim, fontes alternativas, renováveis, de
custo acessível e ecologicamente corretas de energia devem ser buscadas a qualquer pretexto,
sendo o biodiesel uma alternativa promissora para o Brasil. Neste trabalho, avaliou-se o
desempenho de um motor de ignição por compressão, alimentado com diesel mineral,
biodiesel puro (B100) e mistura de igual volume de diesel mineral e biodiesel (B50). A
potência média foi de 94% e 96,5% daquela obtida com o uso do diesel mineral,
respectivamente com o uso do B100 e do B50 e o torque 93,8% e 97,1%. O consumo do B100
foi praticamente o mesmo do diesel mineral (99,7%), e do B50 um pouco maior (107,6%).
PALAVRAS-CHAVE: motor, biodiesel, B50, B100, biogás, desempenho
1 INTRODUÇÃO
A crise de petróleo nos anos 70 despertou o mundo para a busca de formas
alternativas de energia, sendo que no Brasil, determinou a criação do Pró-Álcool nos anos 80
e outros programas de incentivo ao uso de combustíveis alternativos como óleos vegetais,
gasogênio, gás natural, biogás e outros.
Considerando os atuais custos do barril de petróleo, os combustíveis alternativos
passam a ser competitivos do ponto de vista econômico, devendo-se considerar sobretudo
que, no futuro próximo, as reservas de petróleo tendem à escassez e o desenvolvimento
mundial dependerá da tecnologia e infra-estrutura para utilização de formas energéticas
alternativas.
As possibilidades de aproveitamento da biomassa com finalidade de conversão
energética deveriam ser consideradas com maior atenção a partir do Plano de Ações da
Agenda 21 da Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e Desenvolvimento,
realizada em 1992, que estabelece a substituição de 20% das fontes energéticas, por
renováveis até o ano 2000 e 50% até o ano 2020. Assim, observa-se que os combustíveis
alternativos e renováveis oriundos da biomassa vêm à tona, como uma das soluções para o
desenvolvimento auto-sustentado.
Uma das opções que se tem estudado para a substituição do diesel para os motores
de combustão por compressão é o biodiesel, que resulta da transesterificação de óleos vegetais
e pode ser obtido a partir do óleo de girassol, amendoim, algodão, soja, mamona e diversas
outras plantas oleaginosas.
Os primeiros estudos com biodiesel começaram, segundo PETERSON et al.
(1999), com o uso de óleo de colza, em 1979, como combustível alternativo. De lá para cá
diversos outros trabalhos foram realizados, com diferentes tipos de óleos vegetais puros ou
misturados com diesel. O estudo do uso de 12 combustíveis alternativos, produzidos pela
mistura de óleos vegetais com óleo diesel tipo 2, em um motor diesel, realizado por ALI et al.
(1996), em bancada dinamométrica, mostrou que o desempenho do motor foi similar ao
obtido com óleo diesel.
Mediante ao exposto o objetivo deste trabalho foi de avaliar o desempenho
comparativo do motor de combustão alimentado 100% com biodiesel, 100% com diesel e
com a mistura de 50% de biodiesel e diesel.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização dos ensaios foi utilizado o motor de um trator VALMET, modelo
MWM-4TVA, diesel, de 4 tempos, refrigerado a água, com 4 cilindros em linha, cilindrada
total de 3778 cm3 e taxa de compressão 18:1, com potência nominal segundo o fabricante de
78 cv a 2300 rpm. Trator este destinado a serviços gerais, próprio para pequenas e médias
propriedades agrícolas.
Os ensaios foram realizados nas seguintes condições de alimentação do motor:
100% com biodiesel, 100% com diesel e com a mistura de 50% de biodiesel e diesel.
O díesel utilizado nos ensaios foi obtido na rede de abastecimento automotiva,
com densidade de 0,8186kg/L e poder calorífico inferior de 42.500kJ/kg e o biodiesel
utilizado foi produzido no LADETEL-USP de Ribeirão Preto, caracterizado como biodiesel
de óleo residual, com densidade de 0,8959kg/L.
Para a medida do consumo de diesel ou biodiesel pelo motor do trator, foi utilizado
o medidor volumétrico descrito por GAMERO et al (1986), que trata de uma proveta
graduada, com válvulas solenóides que controlam o fluxo de entrada e saída do combustível,
permitindo sua medida por diferença de nível em função do tempo.
O dinamômetro utilizado nos ensaios de torque e potência consta do modelo NEB
200, marca AW DYNAMOMETER, que transforma energia mecânica em calor por meio de
um freio hidráulico, onde o calor gerado no freio é dissipado por água de arrefecimento. O
torque e a potência do motor foram mensurados através da TDP do trator, em regime de plena
carga para as rotações equivalentes no motor de 2200, 1889, 1700 e 1500 rpm,
correspondendo a 700, 600, 540 e 476 rpm da TDP.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados dos ensaios dinamométricos estão apresentados nas Tabelas 1 a 3,
para as diversas rotações na TDP e para cada combustível utilizado, assim como a relação
percentual dos resultados obtidos entre o biodiesel/diesel e biodiesel B50/diesel.
Em média, a potência do motor ensaiado com biodiesel puro foi 94% da potência
do mesmo motor ensaiado com óleo diesel mineral. Para o biodiesel B50, a potência média
apresentada foi 96,5% da potência com óleo diesel mineral.
Comportamento semelhante foi observado para as mensurações do torque do
motor, encontrando-se percentuais médios de 93,8% e 97,1% do torque encontrado para óleo
diesel mineral, respectivamente para B100 e B50.
TABELA 1. Ensaio dinamométrico do motor – Comparação da Potência (KW) utilizando-se
plena carga alimentado com 100% à Diesel e 100% e 50% à Biodiesel.
Rotação da
TDP (rpm)
476
540
600
700
MÉDIA
Diesel
(100%)
25,76
28,55
29,84
31,22
28,84
Potência
(KW)
Biodiesel
(100%)
24,71
26,06
27,32
30,04
27,03
Biodiesel
(50%)
24,71
27,70
28,39
30,63
27,86
Relação (%)
Biodiesel/Diesel
100/100
50/100
95,9
91,3
91,6
97,2
94,0
95,9
97,0
95,1
98,1
96,5
Praticamente, não foram observadas diferenças na média do consumo quando se
comparou a utilização de óleo diesel mineral com o biodiesel puro (B100), porém, o consumo
do B50 foi, em média, 7,6% superior ao do diesel mineral.
TABELA 2. Ensaio dinamométrico do motor – Comparação de Torque
Rotação da
TDP (rpm)
Diesel
(100%)
517
505
475
426
480,75
476
540
600
700
MÉDIA
Torque
(N.m)
Biodiesel
(100%)
496
461
435
410
450,50
Biodiesel
(50%)
507
490
452
418
466,75
Relação (%)
Biodiesel/Diesel
100/100
50/100
95,9
91,3
91,6
96,2
93,8
98,1
97,0
95,2
98,1
97,1
TABELA 3. Ensaio dinamométrico do motor – Comparação do consumo (L/h) utilizando-se
plena carga alimentado com 100% e 50% à Biodiesel.
Rotação da
TDP (rpm)
Consumo
(L/h)
Biodiesel
100%
8,65
9,10
9,63
10,65
9,50
Diesel
100%
8,60
9,30
9,95
10,28
9,53
476
540
600
700
MÉDIA
110
Biodiesel
50%
9,21
10,09
10,74
11,01
10,26
Relação (%)
Biodiesel/Diesel
100/100
50/100
100,6
97,8
96,8
103,6
99,7
107,1
108,5
107,9
107,1
107,6
B100
108
106
104
Diesel
102
%
100
98
96
94
92
90
450
500
550
600
Potência
rpm
650
700
Torque
750
Consumo
Figura 1: Curvas das relações percentuais de potência, Torque e Consumo de biodiesel puro
em comparação com o diesel mineral.
110
B50
108
106
104
Diesel
102
%
100
98
96
94
92
90
450
500
550
600
Potência
rpm
650
700
Torque
750
Consumo
Figura 2: Curvas das relações percentuais de potência, Torque e Consumo de biodiesel B50
em comparação com o diesel mineral.
5 CONCLUSÕES
Os resultados obtidos permitem as seguintes conclusões:
-
A utilização do biodiesel reduziu a potência do motor a 91,3% e 97% da
potência quando se utilizou diesel mineral, respectivamente para o uso do
B100 e do B50;
-
Da mesma forma, o torque do motor foi reduzido a 93,8% e 97,1%
respectivamente com o uso do B100 e do B50 em relação do torque produzido
quando se utilizou o diesel mineral;
-
O consumo do B100 foi praticamente o mesmo do diesel mineral, verificandose um consumo de 7,6% maior quando se utilizou o B50.
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALI, Y., HANNA, M. A. & BORG, J. E. Effect of alternative diesel fuels on heat release
curves for Cummins N14-410 diesel engine. Transactions of the ASAE, Am. Soc. of
Agric. Engin., v. 39, n. 2, p. 407-414, 1996.
ALI, Y. & HANNA, M. A. Durability testing of a diesel fuel, methyl tallowate, and ethanol
blend in a Cummins N14-410 diesel engine. Transactions of the ASAE, Am. Soc. of
Agric. Engin., v. 39, n.3, p. 793-797, 1996.
BRANDINI, A.; FINCH, E. O.; SILVA, J.G.; SHUNK, S.P. Fontes alternativas de energia para
máquina agrícolas. In: SIMPOSIO DE ENGENHARIA AUTOMOTIVA, 1, 1983, Brasília.
Anais... Brasília: STI/CIT, 1983, p.283-98.
GAMERO, C.A.; BENEZ, S. H.; FURLANI Jr., J. A. Consumo de combustível em diferentes
tipos de mobilização do solo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA
AGRÍCOLA, 15, 1986, Botucatu. Anais... Botucatu: Sociedade Brasileira de Engenharia
Agrícola, 1986, p.1-9.
MITZLAFF, K.Van, Engines for biogas. Viesbaden, Veiweg, 1988, 133p.
ORTIZ-CAÑAVATE, J.; HILLS, D.J.; CHANCELLOR, W.J. Diesel engine modification to
operate on biogas. Transactions of the ASAE, St. Joseph.808-13, 198l.
PETERSON, C. & REECE, D.
Emissions characteristics of ethyl and methyl Ester of
rapeseed oil compared with low súlfur diesel control fuel in a chassis dynamometer test of
a pickup truck. Transactions of the ASAE, Am. Soc. of Agric. Engin., v. 39, n.3, p. 805816, 1996.
RIO 92. Plano de ação da declaração do Rio, Rio de Janeiro, 1992.
SILVA, F. M. Sistema de alimentação de motores com duplo combustível - metano e
diesel. São Carlos: EESC/USP, 1995, 121p. (Tese de Doutorado).