Relatorio Sobre Biocombustivel

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AGRADECIMENTOS Agradecemos primeiramente à Ele, o nosso Deus em quem confiamos, por soprar o precioso ar que respiro. Agradecemos ao Prof. Dr. Eng°. Lucrécio Biquiza, nosso supervisor e aos nossos colegas Saíde Indane e Estevão Macaringue, que no meio de tantos compromissos ajudaram-nos, dispondo-se a orientar tão sabiamente este trabalho. Aos funcionários e docentes do Departamento de Engenharia Química, especialmente os pertencentes ao curso de Engenharia Química. Aos nossos colegas e amigos, que tornaram o curso mais divertido, fazendo-nos companhia nos momentos tristes e felizes. Aos nossos professores, pela paciência, dedicação e ensinamentos além da sala de aula. Em especial ao Prof. Dr. Eng°. António Cumbane. Do fundo do nosso coração, o nosso muito OBRIGADO! 1 RESUMO Considerando as actuais circunstâncias de dependência energética relativamente ao petróleo, com implicações claras para a sociedade a nível económico, energético e ambiental e acentuadas no sector dos transportes pela dificuldade em encontrar soluções evidentes, foi elaborado um estudo para avaliar os impactos da utilização de biocombustíveis em motores de combustão interna. A importância do presente trabalho é justificada pela tendência crescente da utilização de biodiesel no mundo. De facto, nas actuais circunstâncias, esta é uma solução efectiva, surgindo com a capacidade de substituir em parte àqueles que são os combustíveis mais utilizados pelos transportes rodoviários em Moçambique, o gasóleo e a gasolina. No presente estudo, de cariz essencialmente experimental, utilizou-se um banco de ensaios de motor-gerador com um sistema de medidores e analisadores de emissões diversas e um sistema de cargas eléctricas constituído por lâmpadas e fogões que visavam proporcionar variações de potência no motor-gerador. Com este equipamento foi feita a avaliação das emissões, mas também procedeu-se com a caracterização do combustível, medindo-se a densidade, a viscosidade e o poder calorífico. Tem-se como objectivo principal, neste projecto, a avaliação das emissões de um motor a diesel alimentado com mistura de querosene e óleo de jatropha. Nesta experiência foram analisadas as emissões de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), hidrocarbonetos (HC), oxigénio (O2) e óxidos de nitrogénio (NOx), razão de excesso de ar (λ) e razão ar combustível (A/C). O motor-gerador foi submetido a diferentes condições de carga respectivamente de 0W, 500W, 2000W, 3000W e 3500W. 2 ÍNDICE AGRADECIMENTOS.......................................................................................................... 1 RESUMO ............................................................................................................................. 2 GLOSSÁRIO ........................................................................................................................ 6 LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................... 8 LISTA DE TABELAS .......................................................................................................... 8 ÍNDICE DE GRÁFICOS ...................................................................................................... 8 LISTA DE ANEXOS ............................................................................................................ 8 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 9 1.1 2. Objectivos............................................................................................................. 10 1.1.1 Geral.............................................................................................................. 10 1.1.2 Específicos .................................................................................................... 10 1.2 Âmbito do trabalho ............................................................................................... 10 1.3 Metodologia .......................................................................................................... 10 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 12 2.1 Combustíveis ........................................................................................................ 12 2.1.1 Querosene ...................................................................................................... 12 2.1.2 Biocombustíveis ............................................................................................ 13 2.2 Jatropha curcas L .................................................................................................. 14 2.2.1 Usos e Aplicações .......................................................................................... 15 2.2.2 Jatropha em Moçambique .............................................................................. 17 2.3 Princípio de funcionamento de um motor-gerador ................................................. 17 2.3.1 Motor diesel................................................................................................... 17 2.3.2 Grupos-geradores........................................................................................... 20 2.4 Combustão ............................................................................................................ 22 2.4.1 Razão ar-combustível (A/C) ........................................................................... 24 2.4.2 Razão equivalente ar-combustível (λ) ............................................................ 24 2.5 Propriedades físico-químicas dos combustíveis ..................................................... 25 2.5.1 Massa específica ............................................................................................ 25 2.5.2 Viscosidade cinemática .................................................................................. 25 2.5.3 Teor de enxofre .............................................................................................. 26 2.5.4 Teor de Carbono, de Hidrogénio e de Nitrogénio ........................................... 26 2.5.5 Poder calorífico ............................................................................................. 27 2.5.6 Número de cetano .......................................................................................... 27 3 2.5.7 2.6 3 Monóxido de carbono (CO) ........................................................................... 29 2.6.2 Óxidos de nitrogénio (NOx) ........................................................................... 30 2.6.3 Material particulado (MP) .............................................................................. 31 PARTE EXPERIMENTAL .......................................................................................... 33 Recipientes de combustíveis .......................................................................... 34 3.1.2 Analisador dos gases de exaustão ................................................................... 35 3.1.3 Cargas (Lâmpadas e Fogões) ......................................................................... 35 Medição das propriedades físico-químicas ............................................................ 36 3.2.1 Densímetro .................................................................................................... 36 3.2.2 Viscosímetro de Redwood ............................................................................. 36 3.2.3 Calorímetro.................................................................................................... 37 3.3 6 Ensaio no motor-gerador ....................................................................................... 33 3.1.1 3.2 5 Emissões do processo de combustão e seus efeitos ................................................ 28 2.6.1 3.1 4 Volatilidade ................................................................................................... 27 Métodos e procedimentos experimentais ............................................................... 37 3.3.1 Avaliação das emissões dos gases de combustão ............................................ 37 3.3.2 Medição da intensidade de corrente ............................................................... 38 3.3.3 Medição das propriedades físico-químicas ..................................................... 38 RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................. 40 4.1 Razão ar-combustível (A/C) .................................................................................. 40 4.2 Emissões dos gases de exaustão ............................................................................ 40 4.2.1 Teor de monóxido de carbono (CO) ............................................................... 41 4.2.2 Teor de óxidos de nitrogénio (NOx) ............................................................... 42 4.2.3 Teor de dióxido de carbono (CO2).................................................................. 42 4.2.4 Hidrocarbonetos (HC) .................................................................................... 43 4.2.5 Teor de oxigénio (O)...................................................................................... 44 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES..................................................................... 45 5.1 Conclusões ........................................................................................................... 45 5.2 Recomendações .................................................................................................... 46 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 47 ANEXOS ............................................................................................................................ 49 Anexo 1. Dados colhidos dos ensaios no motor-gerador .................................................. 49 Anexo 2. Determinação das propriedades físico-químicas ................................................ 50 4 Anexo 3. Valores médios e resultados dos parâmetros ..................................................... 51 Anexo 4. Valores médios globais dos parâmetros ............................................................ 52 Anexo 5. Resultados do poder calorífico .......................................................................... 52 5 GLOSSÁRIO SÍMBOLO SIGNIFICADO °C Grau Celsius °F Grau Fahrenheit % Percentagem λ Excesso de ar (razão) A/C Ar combustível (razão) A Ampère cal Calorias cSt CentiStoke c Comprimento cm Centímetro CC Consumo de combustível FSN Filter Smoke Number g Grama h Altura GEE Gases de efeito estufa HPA Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos It Intensidade da corrente eléctrica total J Joule k Kilo l Largura L Litros m Massa m c Caudal mássico de combustível mc Massa de combustível consumido mm Milímetro MP Material particulado NC Número de cetano ONG Organização não-governamental P Potência p Pressão 6 SÍMBOLO SIGNIFICADO PMI Ponto Morto Inferior PMS Ponto Morto Superior ppm Partes por milhão rc Relação do volume máximo e mínimo rpm Rotações por minuto SN Smoke Number t Tempo V Volt v Volume vol. Volume Vd Volume de deslocamento do pistão W Watt 7 LISTA DE FIGURAS Figura 1. A planta jatropha na sua fase de frutificação (a) e a cápsula com sementes (b)…15 Figura 2. Diagrama p – v do motor ciclo termodinâmico motor diesel……………………..18 Figura 3. Os quatro tempos de um motor diesel…………………………………………….20 Figura 4. Conjunto motor-gerador e equipamentos auxiliares……………………………....33 Figura 5. Motor-gerador…………………………………………………………………….33 Figura 6. Analisador de gases Horiba MEXA-548L (a) e MEXA-720NOx (b)………….....35 Figura 7. Densímetro………………………………………………………………………..36 Figura 8.Viscosímetro de Redwood………………………………………………………..37 Figura 9. (a) Refrigerador, (b) Câmara de combustão, (c) Calorímetro…………………….37 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Algumas fontes de biocombustíveis e processos de obtenção dos diferentes tipos de biocombustíveis…………………………………………………………………………...13 Tabela 2. Óleo da Jatropha curcas e suas aplicações……………………………………….16 Tabela 3. Características técnicas do motor-gerador………………………………………..34 Tabela 4. Características técnicas dos analisadores de gases Horiba MEXA……………….35 Tabela 5. Características dos materiais fornecedores da potência ao motor………………...36 ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 4.1. Variação da razão A/C com a potência aplicada………………………………40 Gráfico 4.2. Variação do teor de monóxido de carbono com a potência aplicada…………..41 Gráfico 4.3. Variação do teor de óxidos de nitrogénio com a potência aplicada……………42 Gráfico 4.4. Variação do teor de dióxido de carbono com a potência aplicada……………..42 Gráfico 4.5. Variação do teor de hidrocarbonetos com a potência aplicada…………….......43 Gráfico 4.6. Variação do teor de oxigénio com a potência aplicada………………………...44 LISTA DE ANEXOS Anexo 1. Dados colhidos dos ensaios no motor-gerador…………………………..….49 Anexo 2. Determinação das propriedades físico-químicas……………………….……50 Anexo 3. Valores médios e resultados dos parâmetros…………………………..……51 Anexo 4. Valores médios globais dos parâmetros…………………………………..…52 Anexo 5. Resultados do poder calorífico………………………………………………52 8 1. INTRODUÇÃO A evolução tecnológica vivenciada pelo Homem moderno tem sido fortemente associada à necessidade de incremento na demanda energética, hoje essencial à melhoria de sua qualidade de vida e ao desenvolvimento económico. A constante oscilação no preço do barril de petróleo e a eminente necessidade de se reduzir a emissão de gases de efeito estufa (GEE), aliados às questões de segurança energética, fazem com que o assunto biocombustíveis ganhe destaque mundialmente ao contribuir para discussões efectivas sobre a utilização de fontes renováveis de energia (FERREIRA et al, 2013). Os biocombustíveis são produtos derivados da biomassa que é uma fonte de energia natural armazenada em diversos tipos de fontes como a cana-de-açúcar, milho, soja, semente de girassol, resíduos florestais e os óleos vegetais. A partir destas fontes é possível produzir os biocombustíveis, como etanol, biogás e o biodiesel. O biodiesel é um combustível derivado dos ésteres de ácidos graxos de cadeia longa, proveniente de fontes biológicas renováveis como os óleos vegetais e gordura animal. É produzido principalmente pela reacção de transesterificação via catálise básica, gerando dois produtos: o biocombustível e a glicerina (NEVES, 2011). Apresenta vantagens muito interessantes, como a possibilidade real de substituir quase todos os derivados do petróleo sem modificação nos motores, eliminando a dependência do petróleo. Além de ser naturalmente menos poluente, o biodiesel reduz as emissões poluentes dos derivados de petróleo em cerca de 40%, sendo que seu potencial cancerígeno é cerca de 94% menor que os derivados do petróleo, possui elevada capacidade de lubrificar as máquinas ou motores reduzindo possíveis danos, é seguro para armazenar e transportar porque é biodegradável, não-tóxico e não explosivo nem inflamável à temperatura ambiente, não contribui para a chuva ácida por não apresentar enxofre em sua composição (www.tecbio.com.br). A jatropha é uma planta não comestível, que após a descoberta do seu alto potencial para a produção de óleo vegetal, passou a ser alvo de pesquisas por parte de investidores, ONG´s, agricultores e demais interessados, que direccionaram a sua utilização para a produção de biodiesel em diversos países, incluindo Moçambique (PUTTEN et al., 2010 citado por ALI, A.S., 2014). Este trabalho versa sobre a avaliação das emissões de um motor-gerador alimentado com uma mistura de 99% querosene e 1% óleo de jatropha. 9 1.1 Objectivos 1.1.1 Geral O presente trabalho tem como objectivo geral fazer a avaliação das emissões do motorgerador ciclo diesel alimentado com uma mistura de querosene e óleo de jatropha. 1.1.2 Específicos Avaliação das emissões do motor-gerador operando com uma mistura com 99% querosene e 1% óleo de jatropha; Avaliação do consumo específico de combustível do motor-gerador com o aumento da potência consumida; Caracterização das propriedades físico-químicas da mistura de querosene e óleo de jatropha. 1.2 Âmbito do trabalho Este trabalho visa fazer a avaliação das emissões de um motor-gerador alimentado com uma mistura de querosene e óleo de jatropha. O mesmo destina-se a um trabalho de pesquisa da cadeira de Laboratórios de Engenharia Química II do 4° nível do curso de Engenharia Química, administrado pelo Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Engenharia da Universidade Eduardo Mondlane. 1.3 Metodologia Este trabalho foi desenvolvido seguindo uma sequência de passos, sendo o primeiro a pesquisa bibliográfica tendo em vista ao conhecimento e à familiarização dos procedimentos experimentais a levar a cabo. O segundo passo consistiu na realização dos experimentos, acompanhada, sempre que necessário, de uma pesquisa e revisão bibliográfica. No que tange às experiências, há que mencionar que estas consistiram na caracterização da mistura de óleo de jatropha e querosene, tendo-se medido para tal a densidade, a viscosidade cinemática e o poder calorífico. Fez-se ainda, a avaliação das emissões do motor-gerador, que consistiu na medição da quantidade de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO 2), hidrocarbonetos (HC) e oxigénio (O2) entre outros parâmetros. Posteriormente à fase de execução dos experimentos fez-se o tratamento de dados, a sua discussão bem como a sua conclusão e recomendações para trabalhos futuros. Importa salientar que em Moçambique existe diferentes categorias de emissões para motores diesel veiculares, que se encontram estabelecidas no Regulamento Sobre Padrões de 10 Qualidade Ambiental e de Emissão de Efluentes. Contudo não existe nenhuma regulamentação ambiental para motores-geradores (estacionários) e, o mais agravante, que sejam alimentandos com uma mistura de óleo de jatropha e querosene. 11 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Combustíveis Os combustíveis podem ser obtidos de fontes renováveis e não renováveis. Entende-se por fontes não renováveis todas aquelas que se encontram na natureza em quantidades limitadas e cuja utilização pode levar ao seu esgotamento, isto porque o processo de formação é mais lento que a taxa de seu consumo. Por outro lado entende-se por fontes renováveis as que podem ser utilizadas a curto ou médio prazo, é o exemplo da biomassa (REIJINDERS e HUIJBREGTS, 2009 apud ALI, A. S., 2014). 2.1.1 Querosene 2.1.1.1 Historial e aplicações Além deste nome Querosene tem outras designações, a saber: Parafina, óleo de parafina ou óleo de carvão. Foi fabricado pela primeira vez na década de 1850 a partir de óleos de alcatrão de carvão e Xisto, mas o petróleo tornou-se a principal fonte depois de 1859, quando EL Drake perfurou o primeiro poço de petróleo na Pensilvânia. Por causa de seu uso em lâmpadas, era o principal produto da refinaria até que a lâmpada eléctrica reduziu seu valor. O aparecimento dos automóveis fez com que a gasolina se tornasse um produto petrolífero importante. No entanto em muitas partes do mundo o querosene continua sendo um combustível comum para aquecedores ou fornos, além de ser usado como combustível para lâmpadas. Muitos jactos militares usam misturas de combustíveis baseados em querosene e também é usado como solvente para gorduras e insecticidas (Enciclopédia Britânica). 2.1.1.2 Propriedades físico-químicas, composição obtenção É um líquido oleoso, incolor ou amarelo pálido inflamável com um odor característico não-desagradável. O querosene tem um ponto de ebulição entre cerca de 150 e 300° C (300 e 575° F),pode ser produzido como "querosene de destilação directa", separado fisicamente das outras fracções de petróleo bruto por destilação, ou pode ser produzido como "querosene cracking", por decomposição química ou craqueamento. Quimicamente, é uma mistura de hidrocarbonetos, a composição química depende da sua origem, mas geralmente consiste de cerca de 10 hidrocarbonetos diferentes, cada um contendo 10 a 16 átomos de carbono por molécula. Os principais constituintes são saturados 12 de cadeia linear e parafinas de cadeia ramificada, bem como cicloparafinas em forma de anel (também conhecidos como naftenos). O querosene é menos volátil que a gasolina, o seu ponto de inflamação (a temperatura a que irá gerar um vapor inflamável perto a sua superfície) é de 38 °C (100 °F) ou superior, enquanto a gasolina é tão baixa -40°C (-32°F). Esta propriedade faz com que o querosene seja um combustível relativamente seguro para armazenar e manusear (Enciclopédia Britânica). 2.1.2 Biocombustíveis O termo biocombustível aplica-se a todos os elementos orgânicos capazes de gerar combustão. Neste sentido, abrange tanto os combustíveis sólidos por exemplo, lenha, líquidos, gasosos e gelatinosos. A tabela 1mostra algumas fontes de produção debiocombustíveis. Tabela 1. Algumas fontes de biocombustíveis e processos de obtenção dos diferentes tipos de biocombustíveis. MATÉRIA-PRIMA PROCESSO BIOCOMBUSTÍVEL Cana-de-açúcar Fermentação/Destilação Etanol Resíduos de matéria orgânica Decomposição anaeróbica Biogás Arvores, arbustos, etc. Mecânico Lenha Arvores, arbustos, etc. Pirólise Carvão vegetal Resíduos de folhas e madeira Pirólise e reforma Hidrogénio Etanol Reforma Hidrogénio Óleos vegetais e gordura animal Transesterificação ou Biodiesel esterificação Óleos vegetais e gordura animal Craqueamento Bio-óleo e outros Fonte: Soares e Lima et al. 2004. De forma mais clara, os biocombustíveis são todos os combustíveis fabricados com matéria orgânica de origem animal (biomassa) ou vegetal. Existem dois tipos principais de biocombustíveis líquidos: etanol - produzido por carbohidratos (p. ex: açucares, cana-deaçúcar, trigo, milho e ultimamente, inclui-se nesta lista produtos florestais como ervas energéticas) e biodiesel, produzido por derivados de sementes oleosos (p. ex: Jatropha curcas, girassol, canola, soja e óleo de palma). Trata-se de um combustível alternativo que providencia igual potência que o diesel convencional (SITOE, 2008). 13 Os biocombustíveis podem ser misturados em quantidades relativamente pequenas com combustível de petróleo para uso nos motores de combustão, e nas máquinasimportantes na área dos transportes. 2.1.2.1 Importância do uso de biocombustíveis O biodiesel apesar de ter sito preferido face aos derivados de petróleo, apresenta características que o tornam num combustível com grande potencial, já que apresenta excelentes propriedadeslubrificantes e por isso pode ser utilizado nos motores a diesel com pequenas ou até mesmonenhumas modificações. Para além disso o biodiesel é um combustível não tóxico, biodegradável eessencialmente isento de enxofre, o que torna deste modo a queima limpa do combustível, comparada com a provocada pela queima do diesel proveniente do petróleo, reduzindo assim as emissões de SOx, CO, hidrocarbonetos não queimados e partículas sólidas (SANTOS, 2007). Sharmer et al. estimaram que no caso de se utilizar 1kg de biodiesel puro, em vez do dieselconvencional, podem reduzir-se cerca de 3,2 kg de CO2 emitido. A mistura de 80% de dieselconvencional e 20% de biodiesel (conhecido por B20) pode ser utilizado sem que se proceda aalterações nos motores dos veículos, o mesmo não acontece quando se utiliza na forma pura, poisneste caso são necessários pequenos ajustes nos motores. 2.2 Jatropha curcas L A Jatropha Curcas L pertence à família das Euphorbiaceae,a mesma famíliaque a da mandioca. É uma planta resistente à seca e com propriedades tóxicas. EmMoçambique é conhecida por gala-maluco (grão-maluco). Em diferentes partes domundo tem designação própria, como por exemplo, no Brasil onde é conhecida porpinhão-manso, pinhão-paraguaio, pinhão-de-purga, entre outros. (VEDANA, 2007).Segundo Martin e Mayeux (1984), crê-se que a jatropha seja originária da América doSul mais concretamente do estado de Ceará no Brasil. Foi introduzida por navegadoresportugueses, nos fins do século XVIII, nas ilhas de Cabo Verde e na Guiné, de ondemais tarde foi disseminada pelo continente Africano (VEDANA, 2007). A distribuição actual mostra que a introdução desta planta é mais favorável para as zonas áridas dos trópicos com pluviosidade anual de 300 - 1000mm. Ela ocorre principalmente em zonas de baixas altitudes que variam de 0 a 500 metros, em áreas com temperatura anual média acima de 20°C, mas a planta pode desenvolver-se em zonas de altas altitudes, sendo tolerante a pequenas baixas de temperatura. Ela cresce em solos irrigáveis e adapta-se facilmente a solos marginais com poucos nutrientes (SITOE, 2008). 14 Existem 170 espécies do género Jatropha conhecidas em todo o mundo. Contudo, sãoapenas conhecidas três grandes variedades de Jatropha curcas no mundo: a variedadede Cabo Verde, da Nicarágua e a variedade não tóxica do México. O nome Jatrophaderiva da expressão grega “jatrós” (doctor) e “trophé” (alimento) o que está relacionadocom as aplicações medicinais da planta. Curcas é o nome comum atribuído às nozescom propriedades medicinais em Malabar, região Norte do Estado indiano de Kerala (DO ROSÁRIO, 2006). A Jatropha tem a seguinte classificação botânica (FERNANDO, 2006): Família: Euphorbiaceae Nome botânico: Jatropha curcas Nome comum: Jatropha Nome em inglês: Physicnut, purgenut (a) (b) Figura 1. A planta jatropha na sua fase de frutificação (a) e a cápsula com sementes (b) 2.2.1 Usos e Aplicações A Jatropha é uma planta resistente à seca e pode ser cultivada em ambientes marginaispara outras culturas. Ela não compete com outras culturas alimentares e por este motivotem havido um crescente interesse no cultivo da Jatropha curcas para a extracção de óleo (HELLER, 1996; GRIMM, 1996; RF, 1998, apud FERNANDO, 2006). É tambémusada no controle de erosão, principalmente quando plantada como quebra ventos e controle de ravinas pois as raízes são profundas e facilitam a estabilização do solo (FERNANDO, 2006). 15 No nosso País, a Jatropha nunca foi valorizada devido às suas propriedades tóxicas.Contudo ela tem inúmeras aplicações, como por exemplo a produção de biodiesel,como matéria-prima para a produção de sabão e como planta medicinal. É ainda usada como cerca para a protecção de machambas. O facto do paladar da jatropha não ser o preferido pelos animais faz com que o cercado não seja por eles destruído. O óleo dajatropha pode satisfazer as necessidades da população rural em óleo substituindo opetróleo para cozinhar e na iluminação doméstica. Pode ainda ser usada na refrigeraçãode produtos e como combustível quente para propósitos industriais (TAKEDA, 1982 apud FERNANDO, 2006). O bagaço do óleo da jatropha pode ser usado como adubo orgânico. No Brasil as sementes são consideradas antelmínticas, e as folhas são usadas para afumigação de casas contra percevejos e outros insectos. Também o extracto etílico apresenta uma actividade antibiótica contra as bactérias Staphylococcusaureuse Escherichiacoli (FERNANDO, 2006). Contudo, ela pode ter também efeitos negativos, pois sendo uma planta que se desenvolve em qualquer agro-ecossistema, ela pode tornar-se uma espécie invasora comefeitos negativos sobre a biodiversidade natural. O consumo da semente da jatropha pelohomem pode produzir efeitos negativos na sua saúde causando vómitos, desidratação,agitação e efeitos negativos no sistema nervoso (DO ROSÁRIO, 2006). Tabela 2. Óleo da Jatropha curcas e suas aplicações TIPO DE APLICAÇÃO DESCRIÇÃO Tratamento da pele O óleo da Jatropha curcas pode ser usado para o tratamento de eczema e doença de pele e atenuar as dores e cosméticos de reumatismo O óleo e seus extractos líquidos tem um potencial a ser aproveitado como insecticida. Por exemplo foi usado para Pesticida controlar as pragas de insectos na cultura do algodão e na praga de legumes, batatas e cereais. A glicerina como um subproduto do biodiesel pode ser usada na produção do sabão. Segundo Henning (sd:9) a Sabão produção de sabão resulta de uma reacção química entre o óleo da Jatropha curcas e a soda cáustica. Os principais ingredientes são: óleo da Jatropha curcas, Agua, Aditivos (perfumes, mel, flores, goma) e soda cáustica. O bagaço é um subproduto obtido após o extracto do óleo. O bagaço contém curcina, uma proteína altamente tóxica Bagaço similar a rícino que se obtêm no castor (óleo de rícino), tornando o impróprio para o consumo de animais, também pode ser usado como fertilizante e como combustível para turbinas a vapor para gerar electricidade. REFERÊNCIA (Heller, 1996) (Solos, D.) Henning (sd:9) 16 2.2.2 Jatropha em Moçambique Segundo o Boletim da Repartição da Agricultura (1910), houve nos anos 1900, milhares de pés desta árvore a bordarem as ruas da Manhiça e formando sebes vivas de aspecto agradável. As sementes não foram nunca aproveitadas devido às suas propriedades tóxicas. Pensa-se que foi pelo facto das sementes serem venenosas e as folhas amargas, que esta planta não se vulgarizou. Até o ano de 2005, a Jatropha em Moçambique não tinha aparente importância. A planta crescia naturalmente e as pessoas ou cortavam-na ou simplesmente deixavam-na crescer naturalmente. Era usada como sebe para a separação de quintais nas zonas rurais, mas sem a importância que tem hoje. Actualmente está a ser promovida com o principal objectivo de produção de biodiesel (GAGNAUX, 2009). Moçambique já está comprometido com o cultivo de Jatropha curcas, e as informações disponíveis sobre o seu óleo sugerem que a planta possa ser umaexcelente geradora de biodiesel. Além disso, informações sobre experiências em outrospaíses demonstram que a Jatropha curcas pode ser cultivada com sucesso. O que ainda não está claro até o momento, no entanto, é se o custo de produção é realmente tão baixo como alguns promotores da planta têm sugerido, e se as produções alcançadas em terras marginais são substanciais o bastante para gerar volumes significativos e rendimentos economicamente viáveis (SITOE, 2008). 2.3 Princípio de funcionamento de um motor-gerador 2.3.1 Motor diesel O primeiro motor diesel ou motor de ignição por compressão foi desenvolvido por Rudolph Diesel em torno do ano de 1892 (GIACOSA, 1970 apud GARZÓN). O motor dieselé uma máquina de combustão interna. A ignição do combustível ocorre espontaneamente ao ser injectado no ar comprimido dentro da câmara de combustão. De forma geral os motores diesel podem ser classificados segundo a aplicação, sistema de injecção, disposição dos cilindros, relação de compressão e cilindrada. A relação de compressão simbolizada como rc é a relação do volume máximo e volume mínimo do cilindro. A cilindrada simbolizada como Vd é definida como o volume de deslocamento do pistão em um curso durante o ciclo. De acordo com a aplicação, os motores diesel podem ser classificados em estacionários (usados em geradores, bombas ou máquinas de rotação constante), veiculares (veículos de 17 transporte), industriais (tractores, máquinas de construção civil e mineração) e marítimos (barcos ou máquinas de uso naval). A injecção em motores diesel pode ser directa ou indirecta. Na injecção directa o combustível e injectado no volume principal do cilindro. Na indirecta, e injectado em uma pré-câmara de combustão auxiliar, onde se mistura com ar antes de entrar no volume principal do cilindro. O ciclo termodinâmico ideal do motor diesel e executado em quatro processos: Processo 1-2: Compressão Isentrópica; Processo 2-3: Adição Isobárica de Calor; Processo 3-4: Expansão Isentrópica; Processo 4-1: Rejeição Isovolumétrica de Calor. Figura 2. Diagrama termodinâmico p – v do motor ciclo diesel 2.3.1.1 Princípio de funcionamento Os motores de combustão, utilizam a energia contida nos combustíveis e a transforma em energia mecânica por meio da energia libertada durante o processo de combustão no interior do cilindro. São compostos por um mecanismo capaz de transformar os movimentos alternativos dos pistões em movimento rotativo, pela qual se transmite energia mecânica aos equipamentos accionados como, por exemplo, um gerador de corrente alternada, ou as rodas de um veículo. O princípio de funcionamento dos motores de ciclo Diesel difere do princípio dos motores de ciclo Otto (álcool e gasolina). Nos motores de ciclo Otto, o combustível e o ar são 18 dosados em proporções quimicamente correctas, formando a mistura estequiométrica que é introduzida no interior do cilindro, sendo comprimida e então ignizada por uma centelha. Nos motores Diesel, apenas o ar entra no cilindro através da válvula de admissão. O ar é comprimido, tendo sua temperatura aumentada, quando então o combustível é vaporizado dentro da câmara de combustão. Quando em contacto com o ar, reacções químicas espontâneas resultam na sua auto-ignição. Os motores de ciclo diesel, podem ser divididos em duas diferentes categorias, de dois tempos e de quatro tempos. Aqui será abordado somente o funcionamento do motor de quatro tempos por ser o tipo de motor utilizado no presente trabalho. O motor de quatro tempos se caracteriza por desenvolver todo o seu ciclo em quatro diferentes etapas, que são admissão, compressão, expansão e escape.  Admissão (1º tempo) - nessa etapa, a válvula de admissão se abre, permitindo a entrada do ar no interior da câmara de combustão. O pistão se desloca para baixo (Ponto Morto Inferior –PMI). Na maioria dos motores Diesel modernos, uma ventoinha empurra a carga de ar para dentro do cilindro (turbo compressão).  Compressão (2º tempo) – nessa etapa, a válvula de admissão é fechada e o pistão volta para a posição superior (Ponto Morto Superior – PMS), comprimindo o ar, aumentando a temperatura dentro da câmara de combustão. Pouco antes de o pistão atingir o PMS, o diesel injectado é pulverizado em finas gotículas, pelo bico injector, misturando-se facilmente com o ar quente, acabando por auto inflamar-se.  Expansão (3º tempo) – durante o processo de combustão da mistura (ar/ combustível), ocorre a expansão dos gases e a energia liberada empurra o pistão de volta para o PMI, gerando o trabalho requerido para o ciclo.  Escape (4º tempo) – nessa última etapa, a válvula de escape se abre, e o pistão volta para o PMS, empurrando os gases de combustão para fora da câmara. 19 1ºTempo: Admissão 2º Tempo: Compressão 4º Tempo: Escape 3º Tempo: Expansão Figura 3. Os quatro tempos de um motor diesel 2.3.1.2 Consumo de combustível (CC) O consumo de combustível é medido como caudal mássico por unidade d tempo ( m c ) (HEYWOOD, 1988 apud ALI, A. S., 2014): m c mc t Onde: m c : caudal mássico de combustível (g/h); m c : massa de combustível consumido pelo gerador em um certo intervalo de tempo (g); t : tempo necessário para o consumo da massa m c (s). 2.3.2 Grupos-geradores Denomina-se grupo-gerador diesel a composição de um motor diesel e um gerador de corrente alternada, denominado alternador, convenientemente montados e dotados dos componentes de supervisão e controle, necessários ao seu funcionamento autónomo e destinado ao suprimento de energia eléctrica produzida a partir do consumo de combustível PEREIRA, 2005 apud BARROS 2007). São geradores accionados por motores de combustão 20 interna semelhantes aos utilizados em veículos; dessa forma tem emissões de poluentes com características qualitativas semelhantes às observadas em autocarros e camiões. Os grupos-geradores podem ser classificados conforme a aplicação. Neste caso para atender as cargas alimentadas, estão subdivididos em quatro classes: (RÉMOND, 2001 apud BARROS, 2007). 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 eléctrica, 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 electrónicas e de telecomunicações; d) Classe G.4: para exigências severas com relação à tensão, frequência e forma de onda, por exemplo, em sistemas de informática. Os grupos-geradores podem ainda ser classificados quanto à implementação, estando divididos em três grupos: a) Pequenos e deslocáveis manualmente e de baixa potência, abaixo de 10kVA, utilizados normalmente em exposições, bancas de jornal, serviços de manutenção, etc.; b) Grupos móveis, deslocáveis por rodas ou equipamento móvel, são os de potência acima de 10kVA e são utilizados, por exemplo, em canteiros de obras móveis, em exploração agrícola, etc.; c) Grupos fixos, que são os equipamentos de maior potência, utilizados como fonte de segurança ou de alimentação de substituição. A terceira e última classificação é com relação ao tempo de actuação, tempo este referente ao período entre a interrupção de fornecimento da alimentação normal e o fornecimento de corrente pelo grupo. 21 a) Grupos de partida manual e sem tempo de actuação 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 préaquecimento; 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 accionar 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. 2.4 Combustão A combustão é um fenómeno que envolve reacções químicas bastante complexas, consistindo de vários estágios, que ocorrem em maior ou menor extensão dependendo de vários factores: o combustível, o grau de mistura com o oxigénio – que é inclusive influenciado pelas geometrias do queimador e da câmara de combustão - a temperatura a que é submetida esta mistura, etc. (GARCIA, 2002 apud GONÇALVES, 2008). Há três teorias para explicar a combustão de hidrocarbonetos: a teoria da hidroxilação, a teoria dos radicais livres e a teoria do craqueamento. As duas primeiras se aplicam à queima de hidrocarbonetos gasosos (GARCIA, 2002 apud GONÇALVES, 2008). A teoria da hidroxilação estabelece que, quando o hidrocarboneto queima, há primeiramente uma adição ou associação de oxigénio à molécula de hidrocarboneto. Essa reacção produz compostos hidroxilados instáveis, que, por sua vez, se transformam em aldeídos. Em seguida, estes aldeídos se rompem e se oxidam até se ter o formaldeído. O formaldeído é oxidado a CO e água. Posteriormente, o CO formado é oxidado a CO2 As reacções podem ser representadas, para a queima do metano, na seguinte sequência: (GARCIA, 2002 apud GONÇALVES, 2008). CH4 + O2 → CH3OH → H2O + HCHO → CO + H2O → CO2 + H2 22 Onde: CHB4B: metano; CHB3BOH: metanol; HCHO: formaldeído; CO: monóxido de carbono; COB2B: dióxido de carbono. Este processo de hidroxilação é tão rápido que em uma mistura de metano com hidrogénio ou com monóxido de carbono, o metano queima mais depressa que o hidrogénio e que o monóxido de carbono (GARCIA, 2002 apud GONÇALVES, 2008). Entretanto, a teoria mais aceita é a de formação de radicais livres. Esta teoria estabelece que, por exemplo, na queima do metano, reacções em cadeia são iniciadas em velocidades proporcionais à concentração de formaldeído. Este, por sua vez, sofre um aumento gradual até que um valor estacionário seja atingido, quando então a velocidade de sua formação fica igual à velocidade de sua destruição. O mecanismo da queima pode ser representado pelas seguintes reacções: (GARCIA, 2002 apud GONÇALVES, 2008). HCHO + O2 → radicais livres OH + CH4 → H2O + CH3 CH3 + O2 ↔ HCHO OH + HCOH ↔ H2O + CHO 2CHO + 3/2O2 → 2CO2 + H2O Onde: HCHO: formaldeído; OH: radical hidroxila; CH3: radical metila. A teoria do craqueamento se aplica nos casos em que não há tempo suficiente para se estabelecer uma boa mistura entre o ar e o combustível e, ao mesmo tempo, a taxa de aquecimento do combustível for muito alta. Neste caso não há formação de compostos hidroxilados e a alta temperatura, na qual o combustível é submetido, provoca a quebra das moléculas de hidrocarboneto em carbono e hidrogénio que reagem separadamente com o oxigénio. A presença de carbono livre altamente aquecido explicaria a emissão de chama amarela, enquanto a queima do hidrogénio emite chama azul ou ultravioleta. Normalmente é de se esperar que as reacções de craqueamento ocorram preferencialmente ao se queimar hidrocarbonetos mais pesados, de cadeias mais longas, como por exemplo, os óleos 23 combustíveis. Já a queima dos gases, tais como gás natural e gases de refinaria, é mais bem explicada pelas teorias anteriores (GARCIA, 2002 apud GONÇALVES, 2008). Os produtos de combustão produzidos no veículo durante a queima de combustível podem, ou não, ser caracterizados como poluentes (BOSCH, 2005 apud GONÇALVES 2008). De acordo com os componentes do combustível utilizado, dentre os principais produtos formados na combustão estão os que não causam danos à saúde, CO 2, H2O e moléculas de nitrogénio (N2) e oxigénio (O2); os que apresentam riscos à saúde e tem sua emissão regulamentada, como CO, hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogénio (NOx), óxidos de enxofre (SOx), material particulado (MP) e aldeídos; e os prejudiciais que ainda não possuem regulamentação como amónia, benzeno, cianetos e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA). 2.4.1 Razão ar-combustível (A/C) 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 oxigénio presente no ar para que ocorra oxidação completa do combustível. Dessa forma, a relação estequiométrica para a reacção ideal, em termos de massa, pode ser calculada pela equação seguinte: (Silva, 2007 apud Patterson e Henein, 1981). Razão A/C massa de ar massa de combustivel 2.4.2 Razão equivalente ar-combustível (λ) Para a definição de quanto a mistura ar-combustível se desvia do valor estequiométrico, estabeleceu-se o coeficiente lambda, que pode ser determinado pela equação seguinte: (BOSCH, 2005apud GONÇALVES 2008) massa de ar admitida massa de ar estequiometrica Sendo assim, a mistura pode ser classificada em: 1 : há excesso de ar na mistura real, o que caracteriza uma mistura pobre; 24 1 : há falta de ar na mistura real (combustível em excesso), caracterizando uma mistura rica; 1 : relação ar/combustível admitida igual à estequiométrica, condição ideal de trabalho. De acordo com Souza (2004), os valores ilustrados abaixo representam uma aproximação da faixa de operação prática para valores de λ: 0,75 < λ < 0,85: transição rápida entre regimes; 0,85 < λ < 0,95: máxima potência; 0,95 < λ < 1,05: funcionamento ideal para catalisador de 3 vias; 1,00 < λ < 1,1: economia de combustível. Alguns motores actuais podem operar com λ em torno de 1,7 em determinados regimes, visando máxima economia de combustível e menores índices de emissão de poluentes (SOUZA, 2004). 2.5 Propriedades físico-químicas dos combustíveis 2.5.1 Massa específica A massa específica de um combustível é definida como a massa por unidade de volume, medida a uma determinada temperatura e pressão. Esta propriedade é importante nos motores que operam segundo o ciclo diesel porque, nestes casos, a injecção de combustível na câmara de combustão é feita em um sistema de medida volumétrica. O acréscimo na massa específica de um combustível pode causar tanto aumento de potência quanto de emissão de fumaça. Para evitar o avanço nas emissões de poluentes e padronizar as características dos combustíveis existem limites que estabelecem os intervalos em que a massa específica de determinados combustíveis deve se enquadrar. 2.5.2 Viscosidade cinemática A viscosidade descreve a resistência de um fluido ao escoamento. Costuma ser medida e apresentada como viscosidade dinâmica ou como viscosidade cinemática. A viscosidade cinemática, expressa normalmente em unidades centiStoke (cSt) corresponde viscosidade dinâmica dividida pela massa específica do fluido (KENKEL apud CLÁUDIO, 2010). 25 A viscosidade exerce uma forte influência sobre a forma que o combustível assume quando é pulverizado na câmara de combustão. Viscosidade alta pode provocar a atomização pobre, gotas grandes e alta penetração do jacto de combustível na câmara de combustão. Como resultado, o combustível não é bem misturado com o ar acarretando uma combustão pobre, acompanhada de perda de potência e desperdício de combustível. Por outro lado, quando o combustível apresenta baixa viscosidade a pulverização é prejudicada, fazendo com que o jacto de combustível não penetre o suficiente na câmara de combustão. Este facto reduz a potência e a eficiência do motor. Além disso, o desgaste dos componentes do sistema de combustível pode aumentar porque as propriedades lubrificantes de combustível tende a diminuir (TOTTEN apud CLÁUDIO, 2010). 2.5.3 Teor de enxofre Os combustíveis fósseis são formados principalmente por carbono e hidrogénio. O enxofre, o nitrogénio e o oxigénio apesar de serem encontrados em baixas concentrações, também fazem parte dos combustíveis fósseis. O enxofre é um elemento indesejável em qualquer combustível devido à acção corrosiva de seus compostos e à formação de gases tóxicos como SO 2 (dióxido de enxofre) e SO3 (trióxido de enxofre), que ocorre durante a combustão do produto. Além disso, na presença de água, o trióxido de enxofre forma ácido sulfúrico (H2SO4), que é altamente corrosivo para as partes metálicas dos equipamentos e também extremamente danoso ao meio ambiente. O enxofre tem baixo poder calorífico e em pequena percentagem presente nos combustíveis líquidos se comparado ao carbono e ao hidrogénio (KREITH apud CLÁUDIO, 2010). Fazendo uma comparação entre os danos que o enxofre pode trazer ao meio ambiente e a contribuição na composição do poder calorífico dos combustíveis, conclui-se que a redução do enxofre nos combustíveis é benéfica. 2.5.4 Teor de Carbono, de Hidrogénio e de Nitrogénio Combustíveis líquidos, independentemente de serem de origem fóssil ou biológica, apresentam em sua composição química o hidrogénio e o carbono. Estes elementos são os que mais contribuem para o poder calorífico do combustível. A percentagem de carbono presente nos combustíveis líquidos é da ordem de 80 a 85% e o poder calorífico é de 8140 26 kcal/kg. O hidrogénio tem um poder calorífico de 28700 kcal/kg, com um percentual da ordem de 10 a 15 %. 2.5.5 Poder calorífico A quantidade de calor liberado durante a combustão de uma unidade de massa ou volume de um combustível é denominada poder calorífico. Há dois tipos de poder calorífico: poder calorífico superior e poder calorífico inferior. O primeiro é dado pela soma da energia libertada na forma de calor e a energia gasta na vaporização da água que se forma numa reacção de oxidação. O segundo, somente leva em consideração a energia liberada na forma de calor. O poder calorífico é uma informação importante na caracterização do combustível, pois para liberar a mesma quantidade energia um combustível com menor poder calorífico terá um consumo maior (SOUZA apud CLÁUDIO, 2010). 2.5.6 Número de cetano A qualidade de ignição do diesel pode ser medida pelo seu número de cetano (NC) que é obtido através de um ensaio padronizado do combustível em um motor mono-cilíndrico, operando sob condições também padronizadas onde se compara o seu atraso de ignição em relação a um combustível padrão com número de cetano conhecido. Combustíveis com alto teor de parafinas apresentam alto número de cetano, enquanto produtos ricos em hidrocarbonetos aromáticos apresentam baixo número de cetano. Na determinação do número de cetano o desempenho do combustível é comparado com o desempenho do n-hexadecano, produto parafínico comercializado como cetano, o qual é atribuído um número de cetano igual a 100 (NC=100). A um produto aromático (alfa metilnaftaleno) é atribuído um número de cetano igual a zero (NC=0). Portanto um combustível com NC = 45 tem a mesma qualidade de ignição que uma mistura dos padrões acima contendo 45% de cetano. Contudo, o heptametilnonano (HMN), com NC = 15, foi adoptado como o limite inferior da escala, em substituição ao alfa-metilnaftaleno do procedimento original, por ser um produto mais estável (ONURSAL et al. apud CLÁUDIO, 2010). 2.5.7 Volatilidade É a capacidade do combustível para vaporizar quando sujeito a um aquecimento. Este parâmetro é muito importante na operação de um motor. Uma menor volatilidade pode 27 indiciar um aumento das emissões de HC e CO bem como uma ligeira diminuição de NOx. O gasóleo é mais volátil que o biodiesel, sendo que a curva de destilação que permite avaliar a volatilidade dos combustíveis, se inicia a uma temperatura mais baixa para o gasóleo, embora a temperatura de destilação final seja muito próxima para os dois tipos de combustíveis. O biodiesel caracteriza-se pela curva de destilação corresponder a uma gama de temperaturas bastante estreita (SERRANO, 2012). 2.6 Emissões do processo de combustão e seus efeitos O motor diesel, como outros de combustão interna, converte a energia química, contida no combustível, em potência mecânica. Em condições ideais, todo o carbono do combustível queima transformando-se em dióxido de carbono, e todo o hidrogénio queima transformando-se em vapor de água. Em uma combustão completa, o combustível reage com um comburente, e como resultado, se obtém compostos resultantes da união de ambos, além de energia. A reacção a seguir, assume a ocorrência da combustão completa, onde todo o carbono forma moléculas de CO2 e todo hidrogénio forma moléculas de H2O. Cx H y x y O2 4 xCO2 y H 2O 2 O processo de combustão é uma reacção química de oxidação que se processa em altas temperaturas. Nos motores, o processo de combustão oxida uma parcela dos componentes que são admitidos no interior do cilindro. Os combustíveis, principalmente os derivados de petróleo, são uma mistura de hidrocarbonetos que contém também outros materiais, tais como enxofre, vanádio, sódio, potássio, etc. Por outro lado, o ar utilizado como comburente, é uma mistura de gases diversos. O oxigénio contido no ar é o que realmente interessa ao processo de combustão. Para que ocorra a combustão completa de cada partícula do combustível, é necessário que haja uma mistura estequiométrica do ar com o combustível. A falta de ar produz, em geral, um consumo demasiado alto de combustível, e formação de CO (monóxido de carbono) e fuligem. Neste sentido, os motores exigem um excesso de ar para que ocorra uma melhor mistura. As emissões reais de motores Diesel, além da água e CO2, também incluem poluentes que podem ser nocivos aos seres humanos ou causar alguns efeitos negativos ao meio-ambiente. 28 Esses poluentes são os produtos da combustão, que se originam a partir de vários processos que ocorrem dentro da câmara de combustão. Esses processos ocorrem devido a factores como, queima incompleta do combustível, reacções entre componentes da mistura que estão sob alta temperatura e pressão, queima de lubrificantes e aditivos, e a combustão de componentes não hidrocarbonetos, tais como os componentes sulfúricos ou os aditivos de combustível. Os poluentes são resultantes da queima incompleta do combustível  Queima Completa (teórica): Combustível + Ar → CO2 + H2O  Queima Real: CH1,85 + C2H5OH + O2 + N2→ CO2 + H2O + CO + NOx + CHO + HC 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, CO, HC, aldeídos e fuligem, e os resultantes da oxidação de elementos contidos no ar e no combustível, óxidos de nitrogénio e de enxofre. 2.6.1 Monóxido de carbono (CO) O monóxido de carbono (CO) é um gás inodoro, incolor e muito tóxico, que possui a mesma densidade do ar que se respira, actua no sangue reduzindo sua oxigenação. Em altas concentrações é muito inflamável, queimando com uma coloração azul clara e brilhante. As emissões de CO dos motores diesel actuais são relativamente baixas, com concentrações entre 10 e 500 ppm. O CO, forma com a hemoglobina do sangue, um composto mais estável do que com o oxigénio, 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 reacções resultantes de uma rica mistura de combustível ou de alguma 29 restrição no suprimento de ar. Quando a combustão se dá de forma completa o CO dá lugar ao CO2, menos poluente. O CO resulta da reacção química de hidrocarbonetos com o oxigénio do ar. Devido às altas temperaturas na câmara de combustão, hidrocarbonetos, oxigénio e vapor de água, se decompõem formando radicais que se subdividem em grupos como o OH, CHO, CH3e atómicos, como carbono, oxigénio e hidrogénio. Como resultado dessas recombinações forma-se o CO, conforme as reacções: CHO + OH ↔ CO + H2O C + OH ↔ CO +H A razão principal da formação de CO na câmara de combustão do motor Diesel é a distribuição irregular do combustível, em zonas de combustão. Isso provoca surgimento de pequenos volumes isolados, com baixo coeficiente de excesso do ar, onde ocorre a combustão incompleta. Outra fonte de aparecimento do CO é a dissociação do CO 2 provocada pelas altas temperaturas na câmara de combustão. 2CO2 ↔ 2CO + O2 Os efeitos tóxicos agudos dos gases de exaustão automotiva são conhecidos desde o advento das máquinas de combustão interna. Essas máquinas liberam quantidade suficiente de CO para causar a morte por intoxicação quando funcionando em ambientes fechados, tais como garagens. Por esse motivo, a emissão de CO foi uma das primeiras a ser alvo da regulamentação. 2.6.2 Óxidos de nitrogénio (NOx) O monóxido de nitrogénio (NO) e o dióxido de nitrogénio (NO2) são usualmente agrupados juntos como óxidos de nitrogénio (NOx), porém, a formação de NO é predominante dentro do cilindro do motor. O NO é um gás transparente, insolúvel em água e oxida-se rapidamente formando NO2. O NO2é um gás de cor vermelho-amarronzada, e possui cheiro asfixiante em altas concentrações. O NOx apresenta perigo sério para a saúde humana, actuando sobre a mucosa dos olhos e do nariz, sobre o sistema nervoso e cardiovascular e, ao reagir com o vapor de água no ar, 30 produz HNO2 (ácido nitroso) e HNO3 (ácido nítrico) que atacam os pulmões provocando doenças crónicas. Mesmo em pequenas concentrações, esses óxidos misturados ao ar atmosférico, provocam envenenamento contínuo do corpo humano, não existindo quaisquer meios de neutralização do gás. Em concentrações maiores que 0,0013% no ar, o NOx actua como um forte irritador da mucosa e, em concentração maior que 0,008% pode provocar edema pulmonar. A principal fonte de produção de NO é a oxidação do nitrogénio da atmosfera. Contudo, se o combustível contiver uma quantidade significativa de nitrogénio, a oxidação desse nitrogénio torna-se uma fonte adicional de NO. Porém, como a parte mássica do nitrogénio no combustível geralmente não ultrapassa 0,2% do total deste elemento na mistura, é considerado que a formação de NOx ocorre somente a partir do nitrogénio do ar. O tempo de permanência dos gases a altas temperaturas afecta directamente as concentrações de NO nos gases de exaustão. Para tempos de residência maiores, maiores as concentrações obtidas. Com esta análise é possível perceber que a formação de NOx é determinada por três aspectos fundamentais: a disponibilidade de oxigénio, o tempo de residência a altas temperaturas e a temperatura a que os gases estão expostos na região mais quente da câmara de combustão. A condição de pulverização do combustível tem um efeito directo na taxa de libertação de calor. Um jacto bem pulverizado, que promova uma boa mistura entre o combustível e o ar da câmara promove taxas de libertação de calor altas, e leva a temperaturas mais elevadas na CC. Isso é desejável para aumentar a eficiência do motor e para reduzir a emissão de produtos de combustão incompleta (CO, HC e fuligem). Entretanto, do ponto de vista das emissões de NOx isso tem um efeito negativo importante. 2.6.3 Material particulado (MP) O material particulado (MP) é possivelmente, o mais característico das emissões do motor diesel. É responsável pela fumaça preta, tradicionalmente associada aos veículos movidos a diesel. Apesar de uma grande quantidade de estudos em torno desse componente, nem a sua formação no cilindro do motor, tão pouco suas propriedades físicas ou químicas, ou efeitos na saúde humana, são completamente conhecidos. 31 A composição básica média do material particulado é 70% em massa de carbono, 20% de oxigénio, 3% de enxofre, 1,5% de hidrogénio e menos que 1% de nitrogénio. A composição elementar pode variar bastante dependendo da qualidade do diesel, desempenho do motor e modo de operação da máquina. O MP é composto de aglomerados de carbono, hidrocarbonetos, trióxido de enxofre (SO2) e água, adsorvidos ou condensados sobre esses núcleos carbónicos. Forma-se em altas temperaturas, em regiões da câmara de combustão ricas em combustível. Nessas regiões, a reacção de oxidação é limitada pela concentração de oxigénio, cujo transporte ocorre por difusão pela chama. Existem dois diferentes métodos para obtenção do MP emitido nos gases de exaustão, sendo eles, o de pesagem de filtros e o do leitor óptico. O primeiro consiste na pesagem do filtro de papel antes e após o ensaio de emissões, sob fluxo e massa de ar conhecidos, e a diferença de massa observada entre ambos é utilizada para estabelecer o resultado final requerido em g/kWh. O método de leitura óptica, também utiliza um filtro de papel, porém, o leitor analisa o grau de negritude do filtro e estabelece para o mesmo uma escala de negritude que varia de 0 - 10, sendo o papel branco correspondente ao valor zero e o preto total 10, a unidade usada para essa escala é o FSN (Filter Smoke Number). 32 3 PARTE EXPERIMENTAL 3.1 Ensaio no motor-gerador Para a realização desta experiência foi usado um sistema constituído por um motorgerador da marca Yanmar. Modelo YDL 4200 (Figura 4), com características técnicas apresentadas na tabela 3; um sistema de alimentação de combustível, dois medidores de gases e um conjunto de consumidores de potência (cargas). Bureta Graduada Amostra Diesel Medidor MEXA-584L MOTOR GERADOR CARGAS Medidor MEXA720NOx Tubo de escape Figura 4. Conjunto motor-gerador e equipamentos auxiliares Figura 5. Motor-gerador 33 Tabela 3. Características técnicas do motor-gerador Motor Tipo 4 Tempos, Cilindro Vertical, Refrigerado a Ar Número de cilindros 1 Tipo de injecção Directa Sistema de partida Eléctrico e/ou Manual Diâmetro X Curso (mm) 78 x 67 Cilindrada (l) 0.32 Capacidade do tanque (l) 13.5 378 x 422 x 453 Dimensões ( c x l x h ) (mm) Potência máxima a 3000 rpm (kW) 4.5 Aspiração Natural Gerador Tipo Auto-excitado, 2 pólos Frequência (rpm) Tensão (V) Potência máxima (kW) 50 a 3000 220 4 3.1.1 Recipientes de combustíveis Os recipientes de combustível usados para o ensaio foram dois, um contendo óleo diesel usado para a limpeza dos tubos de injecção de combustível no motor-gerador e outro contendo a amostra usada para o ensaio (Mistura querosene-jatropha), que estão montados numa posição que facilita o escoamento natural do combustível para o motor-gerador. Nestes recipientes está acoplado um manómetro no qual também está acoplado um sistema de três válvulas: uma válvula junto do tubo do recipiente contendo a amostra, uma válvula junto do tubo do recipiente contendo o diesel e outra válvula junto ao tubo para a alimentação do motor. Os recipientes de combustíveis estão conectados ao motor-gerador externamente para facilitar a realização dos ensaios, tais comoo descarte do combustível restante depois dos ensaios, o controle do combustível gasto durante o ensaio. Dado que as máquinas não funcionam a 100%, no motor-gerador está conectado um tubo de descarte de combustível não usado que é descarregado numaproveta graduada. 34 3.1.2 Analisador dos gases de exaustão Foram usados dois medidores de gases de marca HORIBA, modelos MEXA-584L e MEXA-720NOx. O primeiro mede o monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO 2) e Hidrocarbonetos (HC). O segundo mede os óxidos de nitrogénio (NOx), razão ar/combustível (A/C), razão excesso de ar (λ) e oxigénio livre (O2). Eles estão ligados ao tubo de escape do motor. Ambos possuem um sensor cerâmico de zircónio. A tabela abaixo apresenta as especificações técnicas de cada um dos medidores acima referenciados. Tabela 4. Características técnicas dos analisadores de gases Horiba MEXA Parâmetro Gama de medição Resolução Medidor CO (% vol.) 0.00 - 10.00 0.01 MEXA-584L HC (ppm vol.) 0 – 10000 1 MEXA-584L CO2 (% vol.) 0 – 20.00 0.02 MEXA-584L NOx (ppm) 0 – 5000 1 MEXA-720NOx O2 (% vol.) 0 – 50 0.01 MEXA-720NOx A/C 3.99 – 500.00 0.01 MEXA-720NOx λ 0.275 – 30.000 0.001 MEXA-720NOx (a) (b) Figura 6. Analisador de gases Horiba MEXA-548L (a) e MEXA-720NOx (b) 3.1.3 Cargas (Lâmpadas e Fogões) Foram usados duas lâmpadas de 250W cada e dois fogões eléctricos com duas bocas de 1000W cada. Eles foram usados para proporcionar as variações da potência solicitadas ao 35 motor para a avaliação do efeito desta na quantidade (percentagem) dos gases de exaustão na combustão da mistura querosene-jatropha. Tabela 5.Características dos materiais fornecedores da potência ao motor Materiais Quantidade Potência unitária (W) Potência Total (W) 2 250 500 2 (duas bocas cada) 2000 4000 Lâmpadas Fogões eléctricos 3.2 Medição das propriedades físico-químicas Foram usados três equipamentos nomeadamente: o densímetro, o calorímetro e o viscosímetro de Redwood. 3.2.1 Densímetro O densímetro usado foi o de imersão. Ele é revestido por um vidro e é constituído por um bolbo contendo um metal na parte inferior e uma escala graduada na parte superior. Para medir a densidade mergulha-se o densímetro no líquido a ser estudado e através da escala lêse o valor directamente. Figura 7. Densímetro 3.2.2 Viscosímetro de Redwood É constituído por dois cilindros concêntricos, o interno põe-se a amostra em estudo e o externo agua. Em cada um dos cilindros há um termómetro para a medição das temperaturas dos líquidos. No centro da base do cilindro interno tem um pequeno orifício e uma pequena esfera serve de válvula para permitir a saída ou não da amostra. 36 Figura 8.Viscosímetro de Redwood 3.2.3 Calorímetro É constituído por um sistema de refrigeração de água, uma câmara de combustão e um reservatório onde se coloca a câmara de combustão durante a combustão. (a) (b) (c) Figura 9. (a) Refrigerador, (b) Câmara de combustão, (c) Calorímetro 3.3 Métodos e procedimentos experimentais O presente trabalho foi possível realizar-se com os materiais de medição dos gases de combustão, motor de combustão interna (a diesel) do laboratório do Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Engenharia da Universidade Eduardo Mondlane. 3.3.1 Avaliação das emissões dos gases de combustão 1. Antes de por o motor a funcionar obedeceu-se as seguintes instruções:  Mediu-se uma amostra de 4000 ml (4L) numa proveta graduada da mistura querosene-jatropha (Q99) e introduziu-se no tanque de armazenamento das amostras e adequadamente montou-se no sistema de alimentação de combustível; 37  Verificar se todas as válvulas estavam devidamente fechadas;  Verificar os filtros do medidor MEXA-584L se estão em boas condições, se não estiverem substitui-se por outros novos (quando o filtro adquire uma cor negra recomenda-se a substituição do mesmo);  Ligar os medidores;  Abrir as válvulas do tanque e tubagem de Diesel e alimenta-se o óleo diesel ao motor; 2. Ligou-se o motor e deixou-se funcionar durante 15 minutos com o óleo diesel (recomendação do fabricante); 3. Passados os 15 minutos fechou-se as válvulas de alimentação do diesel e abriu-se as válvulas de alimentação da amostra e deixou-se o motor funcionar durante 15 minutos; 4. Em seguida de 5 em 5 minutos fez-se as leituras para potências solicitadas de 0, 500, 2000, 3000 e 3500 W; 5. Para cada potência mediu-se também o tempo necessário o consumo 10 ml de combustível, a intensidade total da corrente eléctrica e o Smoke Number que é uma avaliação do bom ou mau funcionamento do motor medido por uma escala numérica de 0 a 9 pela negritude dos fumos emitidos para cada carga. 3.3.2 Medição da intensidade de corrente A intensidade da corrente foi medida com o auxílio de um multímetro da marca Hioki, modelo 3285. A potência de saída do motor-gerador foi calculada com base na intensidade total e na tensão medida. Considerando quea tensão medida é a tensão nos terminais do gerador, correspondente a 220V, calculou-se a potência. 3.3.3 Medição das propriedades físico-químicas As propriedades físico-químicas medidas são: poder calorífico, densidade (medidas indirectamente), e viscosidade cinemática. 3.3.3.1 Poder calorífico Mediu-se 5 alíquotas da amostra em cadinhos, em seguida meteu-se os cadinhos, um de cada vez, na câmara de combustão (que possui uma vela de ignição que deve mergulhar parcialmente na amostra), insuflou-se o oxigénio na câmara e meteu-se a câmara no calorímetro, onde de minuto em minuto lê-se o valor de ΔT. Os valores de ΔT inicialmente 38 crescem, atingem o valor máximo e depois decrescem A leitura pára-se após atingir-se o valor máximo. O valor do poder calorífico é calculado através da seguinte equação: H0 C T Qext1 m J g Onde: H0 é o poder calorífico específico; C é acapacidade de calor do sistema calorimétrico; m é a massa do combustível queimado Qext 1 C 50 J 10303 J K 3.3.3.2 Densidade Em um recipiente contendo a amostra mergulhou-se o densímetro leu-se o valor da densidade directamente do densímetro. 3.3.3.3 Viscosidade Usou-se o viscosímetro de Redwood, este baseia-se na medição do tempo de enchimento de 100 mL da amostra e com base neste tempo (tempo de Redwood) um software calcula o valor da viscosidade, ou com base na equação seguinte: 0.26 t 179 t mm 2 s 39 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Razão ar-combustível (A/C) A/C Razão ar /combustível (Kg/Kg) 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Potência, W Gráfico 4.1. Variação da razão A/C com a potência aplicada O gráfico 4.1 ilustra a variação da razão A/C para diferentes potências aplicadas ao motor-gerador. Pode-se notar que o aumento da potência aplicada gera uma diminuição da razão ar-combustível, tendendo à atingir a razão ar-combustível estequiométrica. Uma vez que o aumento da potência deve ser compensado para que a mesma não seja perdida, isto é feito pelo aumento da quantidade de combustível injectada na câmara de combustão; deste modo, verifica-se uma diminuição da razão ar-combustível. 4.2 Emissões dos gases de exaustão Durante a medição das emissões dos gases de combustão, no analisador de gases Horiba MEXA–584L, verificou-se uma instabilidade do equipamento, facto que conduziu a uma falta de coerência na medição dos hidrocarbonetos, tendo-se obtido valores que não seguiam uma sequência de crescimento nem de decrescimento com o aumento da potência aplicada ao motor-gerador. Este fenómeno de instabilidade do equipamento pode, dentre vários aspectos, estar ligada à substituição de um componente do sistema de análise de gases com sonda e filtros. 40 4.2.1 Teor de monóxido de carbono (CO) CO 0,04 0,03 % vol 0,03 0,02 0,02 0,01 0,01 0,00 0 1000 2000 3000 4000 Potência, W Gráfico 4.2. Variação do teor de monóxido de carbono com a potência aplicada O gráfico 4.2 ilustra a variação do teor de monóxido de carbono com a potência aplicada; nota-se que as emissões de monóxido de carbono decrescem desde a potência de 0W até à potência de 2000W, verificando-se uma constância a partir deste valor ate ao valor da última potência aplicada. Quando o motor opera a baixas potências de saída, tem lugar, na câmara de combustão, uma reacção demasiado lenta favorecendo uma combustão incompleta do combustível e consequente produção de CO; daí que as emissões de CO atingem os seus valores máximos quando o motor-gerador opera à baixas potências de saída. 41 4.2.2 Teor de óxidos de nitrogénio (NOx) NOx 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Gráfico 4.3. Variação do teor de óxidos de nitrogénio com a potência aplicada Com base no gráfico 4.3, conclui-se que as emissões de óxidos de nitrogénio variam na razão directa com a potência aplicada ao motor-gerador. Segundo Heywood (1988) altas temperaturas favorecem a formação do óxido nítrico. Como, à medida que se aumenta a potência aplicada no motor-gerador, aumenta também a quantidade de combustível a queimar na câmara de combustão.Haverá,assim, um aumento da temperatura e da pressão dentro da câmara de combustão, o que fará com que se emita altas taxas de óxidos de nitrogénio. 4.2.3 Teor de dióxido de carbono (CO2) CO2 8,00 7,00 % Vol 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0 1000 2000 Potência, W 3000 4000 Gráfico 4.4. Variação do teor de dióxido de carbono com a potência aplicada 42 Como se pode ver, do gráfico 4.4, o teor de dióxido de carbono nos gases da combustão aumenta com o aumento da potência aplicada no motor-gerador. Heywood (1998) constatou que quando as emissões de dióxido de carbono aumentam à medida que a razão arcombustível tende ao seu valor estequiométrico, facto que sucede-se devido ao aumento da potência aplicada que, por sua vez, deve-se ao aumento do consumo de combustível. 4.2.4 Hidrocarbonetos (HC) ppm % vol HC 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Potência, W Gráfico 4.5. Variação do teor de hidrocarbonetos com a potência aplicada De acordo com o gráfico 4.5 as emissões dos hidrocarbonetos têm um comportamento irregular, decrescendo para baixas potências aplicadas e aumentandoparapotências aplicadas elevadas, sendo que na potência de 3000W temos um valor mínimo. Um aspecto que se pode concluir é o facto de não haver diferença significativa de emissões nas potências de 500 e 2000W. Da teoria sabe-se que grandes quantidades de combustível queimando na câmara de combustão provocam grandes emissões de hidrocarbonetos. 43 4.2.5 Teor de oxigénio (O) % % O2 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Potência, W Gráfico 4.6. Variação do teor de oxigénio com a potência aplicada A concentração de oxigénio diminui à medida que se incrementa a potência aplicada no motor-gerador, facto que é comprovado no gráfico 4.6. Heywood (1988) constatou que o oxigénio emitido no motor a diesel alimentado com misturas pobres é directamente proporcional à razão ar-combustível, isto porque quando se aumenta a potência aplicada, queima-se uma quantidade de combustível elevada, acompanhada de libertação de CO 2 e NOx que são gases que baixam a emissão de oxigénio. 44 5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 5.1 Conclusões No final do trabalho sobre a avaliação das emissões do motor diesel alimentado com uma mistura de óleo de jatropha e querosene pode-se tirar algumas ilações, consoante os parâmetros medidos e valores calculados. Durante a caracterização do combustível mediu-se três propriedades, são elas a densidade, a viscosidade cinemática e o poder calorífico. Com os valores encontrados dessas três propriedades, pode-se considerar aceitáveis tendo em conta que nestes aproximam-se dos valores tabelados na literatura. No que diz respeito às emissões de monóxido de carbono, verificou-se que estas diminuíam à medida que se aumentava a potência de solicitada ao motor-gerador. Esse facto deve-se ao facto de baixas potências implicarem um consumo baixo de combustível, o que provoca uma reacção incompleta na câmara de combustão. As emissões de hidrocarbonetos (HC) medidas em ppm tiveram valores oscilantes para uma tendência de crescimento da potência com que se alimentava o motor-gerador. Este comportamento pode dever-se a um desgaste do equipamento usado, neste caso a sonda do analisador de gases Horiba. À medida que se aumentava a potência solicitada ao motor-gerador notou-se que as emissões de óxidos de nitrogénio aumentavam proporcionalmente. Isto deve-se ao facto de o aumento da potência estar ligado ao aumento no consumo de combustível, que por sua vez provoca um aumento da temperatura na câmara de combustão e grandes emissões de óxidos nitrogenados como é o caso do óxido nítrico. O teor de oxigénio que se emite durante a combustão tende a diminuir com o aumento da carga solicitada, ou seja, com o aumento do consumo do combustível. As emissões de dióxido de carbono (CO2) tendem a aumentar quando se incrementa a potência solicitada ao motor-gerador. Porem, não se nota diferença significativa nas emissões de CO2 para baixas potências. A razão ar-combustível diminui com o aumento da potência aplicada no motor-gerador, desviando-se cada vez mais do valor 1, que seria o ideal. Verificou-se, ainda, que o consumo de combustível aumenta com o aumento da potência, isto porque o motor necessita de grande quantidade de combustível para responder às exigências da carga solicitada. Quanto ao Smoke Number (SN), que é a classificação, com base em números, da negritude dos fumos emitidos no escape; pode-se concluir que para potências mais baixas (de 45 0W até 2000W o SN) esteve entre os valores 2 e 3, significando que existe uma quantidade considerável de fuligem no tubo de escape e dependendo do tipo de câmara de combustão uma limpeza seria necessária uma vez ao ano. E para as restantes potências este indicador esteve no valor 5 numa escala de 0 a 9. Para potências elevadas pode-se dizer que forma-se grande quantidade de fuligem, o que se pode notar visualmente. Deste modo, durante o período da queima de combustível é importante fazer-se uma troca de filtros e uma limpeza dos equipamentos duas vezes. 5.2 Recomendações Para trabalhos futuros as recomendações que ficam são as seguintes: Pode-se executar a experiência para diferentes proporções de óleo de jatropha na mistura, de modo a ver a variação das propriedades físico-químicas bem como os parâmetros das emissões; No que concerne ao equipamento, deve-se ter o cuidado de controlar o desgaste dos filtros e proceder com a sua substituição quando necessário durante as medições, pois a não mudança de filtros provoca uma variação oscilatória de alguns parâmetros das emissões como é o caso das emissões de hidrocarbonetos (HC); Criação de leis/normas sobre regulamentação ambiental das emissõespara motores-geradores e para motores-geradores alimentados com óleos biocombustíveis. 46 6 BIBLIOGRAFIA 1. DO ROSÁRIO, C., 2006, JATROPHA CURCAS. PROPOSTA PARA A SUSTENTABILIDADE DO CULTIVO EM MOÇAMBIQUE, 31pp., Boletim da Repartição de Agricultura nº4, 1910, Maputo. 2. FERNANDO, J., 2006,REVISÃO SOBRE JATROPHA CURCAS, SEUS USOS E SEU POTENCIAL PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL EM MOÇAMBIQUE, ICRAF/IIAM, TechnoServe. 3. FERREIRA, W.et al., BIODIESEL DE PINHÃO-MANSO EM PAÍSES EMERGENTES: ALTERNATIVAS PARA O DESENVOLVIMENTO REGIONAL, Revista Brasileira de Gestão e Desenvolvimento Regional, p. 3-16, Brasil, 2013. 4. GAGNAUX, P., ENTOMOFAUNA A CULTURA DA JATROFA EM MOÇAMBIQUE, UEM – Faculdade de Agronomia e Engenharia Florestal, Maputo, 2009. 5. HEYWOOD, J., INTERNAL COMBUSTION FUNDAMENTALS, 1st edition, McGraw-Hill, Singapore, 1988. 6. SAGAR, A. D., KARTHA, S., ANNUAL REVIEW OF ENVIRONMENT AND RESOURCES, 32 (2007) 131-167. 7. SANTOS, A. F. X., CATALIZADORES HETEROGÉNIOS PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL, Instituto Superior Técnico, Lisboa, 2007. 8. SERRANO, MOTORES L., DE ANÁLISE COMPARATIVA COMBUSTÃO INTERNA DO DESEMPENHO QUANDO DE UTILIZAM BIOCOMBUSTÍVEIS, Universidade de Coimbra, Tese de Doutoramento, 2012, Brasil. 9. SITOE, A., RELATÓRIO DE AVALIAÇÃO DE JATROPHA, Curso de Mestrado em Desenvolvimento Rural 2008/9, 2008,Manica. 47 10. PIMENTEL, V., ANÁLISE E DIAGNOSE DE DIESEL – GERADORES OPERANDO COM ÓLEO DE DENDÊ "IN NATURA", Universidade Federal de Rio de Janeiro, Tese de Doutoramento, 2002, Brasil. 11. TULCAN, O., ESTUDO DO DESEMPENHO DO GRUPO MOTOR-GERADOR ALIMENTADO COM DIFERENTES MISTURAS DIESEL – BIOCOMBUSTIVEIS E AVALIACAO DE EMSSOES, UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE, Tese de Doutoramento, 2009, Brasil. 12. VALENTE, O., DESEMPENHO E EMISSÕES DE UM MOTOR-GERADOR DE ENERGIA ELÉCTRICA OPERANDO COM BIODIESEL, Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Tese de Mestrado, 2007, Brasil. 13. VEDANA, U., 2007, Pinhão-manso. (online) http://www.pinhaomanso.com.br/jatrophacurcas/pinhaomanso.html disponível consultado em em Outubro de 2014. 14. Enciclopédia Britânica. 2014. Querosene (chemicalcompound) (online), disponível em http://www.britannica.com/EBchecked/topic/315506/kerosene.htmlacessado em Outubro de 2014. 48 ANEXOS Anexo 1. Dados colhidos dos ensaios no motor-gerador Mistura de 1% óleo de jatrophae 99% querosene Data: 02.10.2014 Exp. 1 2 3 Potência CO HC NOx CO2 (W) (% vol.) (ppm vol.) (ppm) (% vol.) 0 500 2000 3000 3500 0 500 2000 3000 3500 0 500 2000 3000 3500 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 36 40 39 42 45 39 40 40 38 41 37 39 38 36 39 127 160 290 354 391 120 161 284 359 386 120 156 271 344 380 2.62 3.3 5.44 7.02 7.3 2.56 3.24 5.38 6.9 7.08 2.52 3.22 5.36 6.94 7.16 % O2 16.44 15.65 13.01 11.09 10.55 16.64 15.66 13.16 11.15 10.6 16.53 15.6 13.13 11.03 10.48 Razão A/C 71.43 62.05 41.17 31.94 30.67 73.74 62.73 40.97 31.34 30.66 73.4 62.89 40.16 31.66 30.26 0.986 0.988 0.993 0.994 0.994 0.985 0.988 0.993 0.994 0.995 0.986 0.988 0.993 0.995 0.995 t (s) SN It (A) 71.31 62.87 43.29 35.18 34.88 97.2 64.62 43.85 35.32 34.41 77.22 65.54 44.35 35.01 35.37 2 3 3 4 4 2 3 3 4 4 2 2 3 4 4 0 2 7.7 11.3 12.5 0 2 7.7 11.3 12.5 0 2 7.7 11.3 12.4 t (s) SN It (A) 75.13 60.79 44.87 35.22 35.4 78.23 65.66 45.09 36.01 36.17 78.27 65.24 45.06 35.59 35.72 2 3 4 4 5 2 2 3 4 5 2 2 4 4 4 0 2 7.8 11.3 12.4 0 2 7.8 11.3 12.3 0 2 7.7 11.3 12.4 Mistura de 1% óleo de jatropha e 99% querosene Data: 03.10.2014 Exp. 1 2 3 Potência CO HC NOx CO2 (W) (% vol.) (ppm vol.) (ppm) (% vol.) 0 500 2000 3000 3500 0 500 2000 3000 3500 0 500 2000 3000 3500 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 34 40 37 31 33 33 35 31 29 36 34 38 40 36 34 120 156 266 339 368 119 155 261 341 368 116 144 258 334 368 2.62 3.34 5.48 7.12 7.34 2.48 3.22 5.36 6.92 7.1 2.48 3.22 5.4 6.92 7.08 % O2 16.48 15.59 12.81 10.69 10.47 16.44 15.47 12.92 10.71 10.43 16.47 15.49 12.85 10.83 10.45 Razão A/C 73.83 58.15 39.53 30.66 30.05 74.72 59.81 39.82 30.54 30.06 73.67 60.15 39.98 30.5 30.08 0.987 0.988 0.993 0.995 0.995 0.986 0.989 0.994 0.995 0.995 0.986 0.989 0.993 0.994 0.995 49 Anexo 2. Determinação das propriedades físico-químicas i. Densidade Tamostra amostra 26 C 0.787 g cm 3 ii. Viscosidade Tempo (s) 28.65 29.86 30.60 29.42 29.93 29.692 Viscosidade υ (mm2/s) 1.20 1.77 2.11 1.56 1.80 1.77 iii. Poder calorífico Tempo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ∆TMAX ΔT1 24.764 0.011 0.854 1.9276 2.2091 2.3218 2.373 2.3948 2.4051 2.4087 2.4085 2.4087 ΔT2 ΔT3 ΔT4 ΔT5 23.3392 22.5953 22.3274 22.1061 0.0758 0.0925 0.1168 0.1591 0.8283 0.9377 0.8344 1.0336 1.7205 2.1459 1.7646 2.0589 1.9755 2.4655 2.05 2.3432 2.0767 2.5942 2.1656 2.4544 2.1266 2.6527 2.2181 2.5074 2.15 2.6794 2.2448 2.5309 2.1628 2.693 2.2578 2.5436 2.1686 2.699 2.6545 2.5492 2.1714 2.7007 2.2677 2.5512 2.1722 2.7006 2.5513 2.1717 2.5503 2.1722 2.7007 2.6545 2.5513 50 Resultados da pesagem Amostra 1 2 3 4 5 mc m c + ma 9.9701 10.4936 10.6225 11.0764 9.9938 10.5696 10.3409 10.8159 9.956 10.4889 ma 0.5235 0.4539 0.5758 0.475 0.5329 mc + mash 9.972 10.626 9.9954 10.3467 9.9592 mash 0.0019 0.0035 0.0016 0.0058 0.0032 m 0.5216 0.4504 0.5742 0.4692 0.5297 onde: mc→ massa do cadinho mash → massa das cinzas ma→ massa da amostra m → massa do combustível queimado Anexo 3. Valores médios e resultados dos parâmetros (02.10.2014) P CO HC NOx CO2 (W) (% vol.) (ppm vol.) (ppm) (% vol.) 0 500 2000 3000 3500 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 37 40 39 38 41 122 159 282 351 386 2.56 3.25 5.38 6.90 7.10 % O2 16.54 15.60 13.10 11.08 10.52 Razão A/C 73.50 62.50 41.10 31.54 30.46 t (s) 0.986 0.988 0.993 0.994 0.995 77.31 63.87 43.85 35.20 34.80 CC (g/h) 351.8 440.5 646.5 806.3 812.2 SN It (A) 2 3 3 4 4 0 2 7.7 11.3 12.5 Ps (W) 0 440 1694 2486 2750 CC (g/h) 367.1 443.9 629.5 792.3 795.8 SN It (A) 0 2 7.8 11.3 12.5 Ps (W) 0 440 1716 2486 2750 (03.10.2014) P CO HC NOx CO2 (W) (% vol.) (ppm vol.) (ppm) (% vol.) 0 500 2000 3000 3500 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 33 40 36 32 34 118 155 262 334 386 2.48 3.22 5.41 7.00 7.20 % O2 16.46 15.48 12.86 10.71 10.44 Razão A/C 73.74 59.81 39.64 31.50 30.06 t (s) 0.986 0.989 0.993 0.995 0.995 78.25 65.44 45.06 36.10 35.60 2 2 4 4 5 51 Anexo 4. Valores médios globais dos parâmetros P CO HC NOx CO2 (W) (% vol.) (ppm vol.) (ppm) (% vol.) % O2 0 500 2000 3000 3500 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 35 40 38 35 38 120 157 272 343 386 2.52 3.23 5.39 7.00 7.15 16.50 15.55 12.98 10.89 10.48 Razão A/C 73.62 61.16 40.15 31.52 30.26 t (s) 0.986 0.989 0.993 0.995 0.995 77.11 64.82 44.35 36.15 35.70 CC (g/h) 359.5 441.7 638.0 799.3 804.0 SN 2 3 4 4 5 It (A) 0 2 7.7 11.3 12.5 Anexo 5. Resultados do poder calorífico Amostra mc m c + ma 1 9.9701 10.4936 2 10.6225 11.0764 3 9.9938 10.5696 4 10.3409 10.8159 5 9.956 10.4889 ma 0.5235 0.4539 0.5758 0.475 0.5329 mc + mash 9.972 10.626 9.9954 10.3467 9.9592 mash 0.0019 0.0035 0.0016 0.0058 0.0032 m 0.5216 0.4504 0.5742 0.4692 0.5297 H0 47482.43 49578.54 48372.19 58182.68 49530.01 52 Ps (W) 0 440 1705 2486 2750