AVALIAÇÃO DE MISTURAS TERNÁRIAS DIESEL-BIODIESEL-ETANOL PARA APLICAÇÃO COMO COMBUSTÍVEL EM MOTORES DE CICLO DIESEL

ÁREA

Química Orgânica

Autores

Brandão Guerra, G. (EQ/UFRJ) ; Chenard Díaz, G. (EQ/UFRJ) ; Reyes Cruz, Y. (EQ/UFRJ) ; Rossa, V. (EQ/UFRJ) ; Gonzalez Carlis, R. (EQ/UFRJ) ; Gomes Aranda, D.A. (EQ/UFRJ)

RESUMO

Desde os anos 1990 observa-se uma renovação mundial do interesse em alternativas sustentáveis ao petróleo por razões ambientais e econômicas. Neste cenário o trabalho visa à avaliação de misturas de diesel, biodiesel e etanol em vistas à utilização em motores que trabalham no ciclo Diesel. Foram produzidas misturas semelhantes ao que se pratica no mercado nacional. Análises de suas propriedades físico-químicas foram realizadas com estudos de lubricidade e estabilidade. Os resultados mostraram que características importantes se mantiveram nas especificações. O estudo de lubricidade mostrou que a presença do biodiesel impactou positivamente e o de estabilidade a propriedade de cossolvência e sua higroscopicidade, não contribuindo, para um aumento no tempo de estabilidade da mistura.

Palavras Chaves

combustivél; renováveis; misturas ternárias

Introdução

O uso de misturas oxigenadas, com menor proporção de hidrocarbonetos aromáticos e enxofre em sua composição, levam a uma redução no número e tamanho de partículas emitidas pelo escapamento (ARMAS, 2013). Se uma política de longa duração for implantada no sentido de paulatinamente reduzir esse tipo de emissão, poder-se-á observar um declínio na tendência anual de mortes por doenças respiratórias e cardiovasculares (ONU, 2005). Substituir uma porcentagem, por exemplo, de diesel e gasolina utilizados para transporte por biocombustíveis (biodiesel e bioetanol) é o caminho mais simples para esse setor. Esta ação, inclusive, está alinhada com os “17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da ONU”, divulgados em setembro de 2015 após a reunião de mais de 150 líderes mundiais na sede da ONU. À época, estes adotaram formalmente uma nova agenda de desenvolvimento sustentável a ser cumprida até 2030. Seu objetivo número 13 prima por “Tomar medidas urgentes para combater as mudanças climáticas e seus impactos”, visando a redução de emissões de gases do efeito estufa (CO2, CH4 e N2O) que atingiram níveis sem precedentes na história humana (ONU, 2005) e assim tentando não ultrapassar a temperatura global em 2ºC acima dos níveis pré-industriais – a meta determinada pelos governos. No sentido de contribuir no combate das mudanças climáticas surgiu a ideia de desenvolver a presente pesquisa que tem como meta principal a avaliação das misturas ternárias Diesel-Biodiesel-Etanol para aplicação em motores ciclo Diesel.

Material e métodos

Matérias-primas As matérias-primas utilizadas no desenvolvimento do trabalho são: Óleo Diesel A S10 produzido na Refinaria do Paraná da Petrobras (REPAR) que atende às especificações de qualidade estabelecidas na Resolução ANP nº65, de 9/12/2011;Etanol anidro (EAC, 99,8% de pureza) marca Isofar que atende às especificações de qualidade estabelecidas na Resolução ANP nº19, de 15/4/2015; Biodiesel produzido na usina da Petrobras Biocombustíveis (PBio) localizada em Montes Claros (MG) a partir de mistura de óleo de soja com sebo animal que atende às especificações contidas na Resolução ANP nº30, de 23/06/2016 Produção das misturas Primeiramente foram produzidas as misturas diesel-biodiesel (BX) com os seguintes teores de biodiesel: 10, 15 e 20%. Escolheram-se essas concentrações pois: 10% – teor de biodiesel que estava sendo adicionado ao diesel de petróleo quando foram realizados os estudos; 15% – teor a ser atingido até 2023 de acordo com autorização governamental, e 20% – estimativa do que pode vir a ser uma nova diretriz daqui a alguns anos. A partir de cada BX gerada, foram produzidas misturas com teores de 10 e 15% de etanol, contabilizando ao todo nove misturas. Os teores de etanol foram selecionados considerando resultados já descritos na literatura. A caracterização das matérias-primas e misturas foi realizada nos laboratórios da GreenTec – Laboratório de Tecnologias Verdes e LABCOM – Laboratório de combustíveis e derivados de petróleo da EQ/UFRJ e no CENPES. Adicionalmente, foi realizado um estudo de lubricidade com o objetivo de avaliar a influência da adição do etanol nas misturas. O método utilizado foi o ASTM D4172 - “Quatro Esferas”, adaptado para combustíveis. O estudo de estabilidade fue realizado a três condições: 10°C, 22°C e temperatura ambiente.

Resultado e discussão

Os combustíveis formulados a partir de misturas compostas por etanol, biodiesel e diesel se mostraram viáveis para a utilização em motores ciclo Diesel. A adição de etanol e biodiesel ao diesel não atua de forma deletéria, no que tange à especificação, nas novas qualidades de combustíveis formuladas. De acordo com a caracterização físico-química realizada, os parâmetros medidos se mantiveram dentro dos intervalos estabelecidos nas especificações ou acima do mínimo requerido, com exceção do ponto de fulgor, algo já esperado, dado o baixo ponto de fulgor do etanol. O estudo de lubricidade mostrou que a presença de biodiesel nas misturas permitiu melhorar as características lubrificantes dos combustíveis formulados, propriedade prejudicada pela adição do etanol. Nas concentrações testadas verificou-se um aumento da lubricidade das misturas em relação ao combustível diesel, diminuindo o diâmetro da cicatriz de desgaste formada ao final dos ensaios. Os resultados do estudo de estabilidade, indicaram a necessidade de cautela na utilização das misturas combustíveis. A temperatura 10ºC o tempo no qual aconteceu a separação de todas as misturas fue de quatro dias, com teores de água acima de 4000 mg/kg, crescendo à medida que aumentava o teor de biodiesel na mistura. À 22ºC o comportamento foi diferente. O tempo até a separação das fases aumentou para 30 dias, ainda em presença de teores de água similares aos identificados no experimento realizado a 10ºC. No último cenário, à temperatura ambiente foram obtidos os melhores resultados. Com temperaturas de mais de 30°C, levaram-se 90 dias até a identificação da separação das fases. O teor de água absorvido pelas misturas foi cerca de dez vezes menor (aprox. 400 mg/kg) do que os valores registrado nos experimentos a 10 e 22ºC.

Na Fig. 1 são controlados t, T, rotação e força aplicada e, ao final, medem-se com auxílio de microscópio os diâmetros das ranhuras (“cicatrizes”).


Na Fig. 2(A), são mostradas as amostras no início do experimento e Fig. 2(B) as imagens registradas durante o tempo de duração do estudo (90 dias).

Conclusões

No presente trabalho podemos dizer que teores mais elevados de biodiesel conseguem solubilizar maior quantidade de água, comprovando seu caráter cossolvente. Contudo, devido ao fato de ser mais higroscópico que o diesel de petróleo, termina absorvendo maior quantidade de água do ambiente, levando de igual forma à separação da mistura. Ou seja, o aumento do teor de biodiesel não colaborou para aumentar o tempo de estabilidade da mistura. Medidas adicionais para mitigar a presença de água no combustível como atenção às boas práticas de armazenamento e manuseio devem ser implementadas.

Agradecimentos

Agradecemos ao Laboratório GREENTEC (UFRJ) pelo apoio na pesquisa e à FAPERJ pelo apoio concedido.

Referências

ARMAS, O.; GÓMEZ, A.; RAMOS, A.. Particle size distributions from a city bus fuelled with ethanol–biodiesel–diesel fuel blends. FUEL, EUA, Elsevier, volume 111, número 111, páginas 393-400, abril de 2013.

REYES, Y R.. Combustíveis alternativos: mistura de etanol anidro ao óleo diesel para motores de ciclo diesel com sistema de injeção de bomba rotativa. 162 páginas. Dissertação (doutorado) – Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2009.
BRASIL. Resolução ANP número 45, de 26 de agosto de 2014. Dispõe sobre a especificação do biodiesel contida no Regulamento Técnico ANP nº 3 de 2014 e as obrigações quanto ao controle da qualidade a serem atendidas pelos diversos agentes econômicos que comercializam o produto em todo o território nacional. Diário oficial, Brasília, 2014.

BRASIL. Resolução ANP número 764, de 20 de dezembro de 2018. Estabelece as especificações dos combustíveis de referência utilizados nos ensaios de avaliação de consumo de combustível e de emissões veiculares para a homologação de veículos automotores novos. Diário oficial, Brasília, 2018.

BRASIL. Resolução CNPE número 16, de 29 de outubro de 2018. Dispõe sobre a evolução da adição obrigatória de biodiesel ao óleo diesel vendido ao consumidor final, em qualquer parte do território nacional. Diário oficial, Brasília, 2018.