Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Um estudo comparativo sobre a utilização de óleo vegetal combustível sem e com pré-aquecimento em motores diesel. O texto discute as diferenças na carbonização e na contaminação do óleo lubrificante, além de apresentar informações sobre as culturas oleaginosas com potencial para produção de óleo vegetal e biodiesel. O documento também inclui análises de óleos combustíveis obtidos por processos de filtragem e refino alcalino, e discute os problemas encontrados na utilização de óleo vegetal combustível em motores diesel, como a formação de depósitos de carbono na câmara de combustão e a contaminação do óleo lubrificante.
Tipologia: Notas de estudo
Compartilhado em 07/11/2022
4.5
(77)184 documentos
1 / 78
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Dissertação de Mestrado submetida a banca examinadora para obtençãotítulo de Mestre em Agronomia, dena Área de Concentração de Agricultura, pela Universidade Estadual de Ponta Grossa - PR. Orientador: Prof. Dr. Pedro Henrique Weirich Neto
Aos meus pais, Mauricio Delalibera Domingos e Eliesibe Colonhese Delalibera, a meus irmãos Leandro Colonhese Delalibera e Hérica Vanessa Colonhese Delalibera, e a minha família Clarissa de Souza Mudry, Solange Oliveira Delalibera, Maria Bassanelo Colonhese e demais, por acreditarem em minha capacidade, e oferecerem todo o apoio. Ao amigo e orientador Pedro Henrique Weirich Neto, pela confiança depositada, conhecimento técnico e por estar sempre presente. Aos amigos do Laboratório de Mecanização Agrícola (Lama), Paulo William Garbuio, Marcelo José Colet, Cláudio Bianor Sverzut, Sérgio Rodrigues dos Santos, Johnny Martini, Carlos Hugo Rocha, Inajara Van Engelenhoven, Kassio Okuyama, Mário Bitencourt Wiesinieski, Diogenes Raphael Soares Ribeiro, Maurício da Costa Feldaus, Nátali Maidl de Souza, Adriana Schimandeiro, Khetlen Leitão, Daiana Almeida, Ariadne Waureck, pela força nos momentos de tristeza, e pelos muitos momentos de alegria. Ao Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais (CESCAGE), a Retificadora de Máquinas (Retimaq), a Retificadora de Sistemas de Injeção Diesel (ALDISA), ao Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (SENAI), ao Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR). Ao professor Jaime Albert Gomes (CESCAGE); ao Sr. Leonides Degraf, ao Paulo Roberto Ehlke Cordeiro Junior, Roberto e demais profissionais da retificadora Retimaq; ao Toninho da Aldisa; ao José Alamino, ao Lauro Nunes de Siqueira, ao Furkin do SENAI; a Maria de Fátima Ribeiro (IAPAR), onde sem a colaboração e apoio destes, o presente estudo não teria sido concluído com o mesmo êxito. A coordenação de aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão do auxílio financeiro de estudo. Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio financeiro ao desenvolvimento do trabalho. A todos aqueles que não foram citados, mas não menos importantes.
ABSTRACT: The many oil crises that have occurred in the past decades and the dependence of the Brazilian energy matrix on fossil fuels, as well as the environmental problems caused by their use, have pressed for advances in the search for new alternative fuels and, in a way, also made them possible. Fuels made from vegetable oils are particularly interesting, as they may substitute the diesel, the most consumed liquid fuel. The global energy matrix tends tofollow in this direction until new solutions arise, despite existing problems in the functioning of the engines, particularly when using vegetable oils. For this study, two 50-hour tests were done on a direct injection, mono-cylinder micro-tractor fueled with 100% crude sunflower oil. The vegetable oil was at room temperature in the first test (E-1), and heated to an approximate temperature of 90 °C in the second test (E-2). The cylinder head gasket burned after runningfor 50 hours in the first test. An increase of the compression ratio was observed in both tests. The carbonization of the injection system in the E-2 test was 81.5% lower than E-1. The carbonization of the intake system in the E-2 test was 51.7% lower than E-1, and the carbonization of the exhaust system in E-2 was 33.4% lower than in E-1. The carbonization in E-1 was about the same as in E-2 in the combustion chamber. Compared to diesel, the fuelconsumption was 2.3% higher in E-1 and 0.7% higher E-2. The lubricant oil was contaminated with vegetable oil in both tests. Generally, E-2 was better than E-1.
Key-words: vegetable oil fuel, carbonization, engine
Considerando que estes combustíveis alternativos são utilizados em projetos de motores do tipo ciclo Diesel, quando se volta aos princípios no qual a máquina de Diesel foi idealizada, isto é, baseando-se no teorema ou ciclo de Carnot, onde o calor da mudança isotérmica de um “gás” é convertido em trabalho, sabe-se que o motor de ignição por compressão exige que o combustível esteja na forma, ou o mais próximo, de um gás e entre em ignição praticamente todo a uma mesma temperatura. No caso do petrodiesel e dos óleos vegetais, possuem a última propriedade, resta converte-los em algo que se assemelhe a um gás, o que é feito pelo sistema de injeção dos motores. Porém como este sistema foi idealizado para funcionar com petrodiesel, quando se usa óleo vegetal, por este possuir viscosidade muitas vezes maior, o processo de atomização feito pelo bico injetor não ocorre adequadamente. Sendo assim a redução da viscosidade pode mitigar este problema. Esta pode ser obtida de varias formas, como a utilização de aditivos, misturas de óleo com o petrodiesel, ou o aquecimento do óleo vegetal. Neste trabalho realizou-se um ensaio para analisar se a redução da viscosidade, por aquecimento, do óleo vegetal utilizado como combustível apresenta diferença no desempenho e nos danos causados ao motor. Este considerando que após 50 h de trabalho com óleo vegetal aquecido, os danos causados ao motor serão menores do que a utilização de óleo vegetal a frio.
Analisar a utilização de óleo vegetal como combustível em unidade de potência monocilíndrica de ciclo Diesel.
Comparar as diferenças na carbonização e na contaminação do óleo lubrificante, entre utilização de óleo vegetal combustível sem e com pré-aquecimento, levando em consideração a qualidade físico-química deste.
durante o período da segunda guerra mundial e pós-guerra, onde estimulado pela escassez de petróleo, problemas com exportação e falta de recursos, países como Alemanha, estudaram tal utilização. Alguns fabricantes como a “Elsbett Co.”, desenvolveu nesse período motores específicos para funcionar com óleo vegetal combustível, porém por uma questão de economia de escala, este acabou não sendo difundido (DER ELSBETT-MOTOR, 1956). Outros países como França e Bélgica, no mesmo período também investiram recursos no estudo da utilização de combustíveis a base de óleos vegetais, principalmente com relação à produção de biodiesel por rota metílica, porém com o aumento da extração de petróleo e principalmente o preço baixo, desestimulou os estudos nesta área. Somente com a crise do petróleo da década de 70, procurou-se novamente novas fontes de energia, cujo desafio principal era que o custo fosse compatível com o referencial imposto pelo petróleo (TEIXEIRA, 2005a). Embora, mundialmente as décadas de 30 e 40 tenham sido muito produtivas no assunto, no Brasil, os estudos na produção e utilização de biocombustíveis mais progrediram na década de 80, junto com explosão mundial sobre o assunto bioenergia, contudo muitos avanços já feitos no período de segunda guerra e pó- guerra acabaram não sendo lembrados e, foram refeitos. No mesmo período o aumento da produção de petróleo acarretou queda no preço, levando diversos países, que tinham projetos de desenvolvimento e uso de energias alternativas, a desativá-los (TOLMASQUIM, 2003). No final da década de 90 uma nova crise do petróleo voltou a preocupar, agora com dois agravantes, estudos indicando o fim e/ou inviabilidade de exploração das reservas e a influência dos gases e demais substancias provenientes da queima do mesmo no aumento do efeito estufa e conseqüente aquecimento global. Os problemas ambientais gerados pela emissão de gases que favorecem o efeito estufa são reflexos de um longo período de alterações antropogênicas da paisagem. A queima de combustíveis fósseis entra como agravante importante, pois tem novamente
liberado o carbono que foi retirado da atmosfera e, armazenado por longo tempo em grandes profundidades, aumentando assim sua concentração na forma principalmente de CO 2. Estima- se que em 1850 (início da Revolução Industrial) a concentração de CO 2 na atmosfera era de 270 ppm. Em 2000, essa quantidade já era de aproximadamente 360 ppm (RAVEN et al., 2001). A produção de biomassa vem sendo focada como uma fonte alternativa e sustentável de energia, uma vez que é um recurso renovável e fixa CO 2 atmosférico através da fotossíntese. Neste caso, o CO 2 emitido pela queima da biomassa pode ser compensado pelo CO 2 fixado pela fotossíntese (McKENNDRY, 2002). Também a queima destes combustíveis tem menor teor de enxofre do que combustíveis fósseis, sendo mais limpos e menos poluentes (CHURIN & DELMON, 1989; PUTUN, 2002). Em 2004 foi assinado o decreto, transformado em 2005 na Lei n° 11.097, que autoriza a utilização do biodiesel no Brasil, cuja intenção é diminuir a dependência do petrodiesel importado, que na época estava em torno de 10% do consumido (BRASIL, 2006). Inicialmente, está decretado a mistura de 2% de biodiesel no petrodiesel (B2), obrigatória a partir de 2008, passando esse percentual para 5% (B5) a partir de 2013. Estima-se que serão necessários 900 milhões de litros a partir de 2008 e 2,65 bilhões de litros de biodiesel em 2013 (MIRAGAYA, 2005). Mesmo com alguns relatos de problemas no funcionamento dos motores (alta viscosidade e custo, por exemplo), principalmente quando se utilizam diretamente os óleos vegetais como combustível, o cenário da matriz energética mundial tende a tomar este rumo, devido principalmente a questão ambiental e a inclusão de novas jazidas onde fatores como localização e profundidade, torna os custos de exploração elevados. Contudo, muito há de ser estudado para que a utilização de combustíveis à base de óleos vegetais (óleo vegetal combustível e/ou biodiesel) possa ser recomendada. O
Com relação à produção de óleos e gorduras (lipídios) pelas plantas, existem dois tipos de biossíntese, os glicerolipídeos polares que formam as bicamadas lipídicas das membranas celulares, e os triacilgliceróis que são as gorduras e óleos de estocagem, os quais serão enfocados neste estudo (TAIZ & ZEIGER, 2004). Os lipídios de reserva são formas importantes de armazenamento de carbono em muitas sementes. Quando comparado com os carboidratos, os lipídios apresentam-se como uma forma mais reduzida de armazenamento de carbono, tanto que a oxidação completa de 1 g de lipídios, que contém cerca de 9,3 kcal de energia e pode produzir mais ATP do que a oxidação da mesma quantidade de amido (2,8 kcal). Na maioria das sementes, os triacilgliceróis são armazenados no citoplasma das células do cotilédone ou endosperma, em organelas chamadas de oleossomos, também conhecidas como esferossomos ou corpos lipídicos (TAIZ & ZEIGER, 2004). Os lipídios constituem um grupo de compostos que, apesar de quimicamente distintos entre si, são, do ponto de vista químico, compostos altamente reduzidos, derivados dos ácidos graxos e estes hidrocarbonetos são tão reduzidos como os hidrocarbonetos derivados do petróleo. Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos com cadeias hidrocarbonadas de 4 a 36 átomos de carbono. Em alguns esta cadeia é totalmente saturada e não ramificada, em outros contém uma ou mais duplas ligações (insaturações), como mostra a tabela 1 (LEHNINGER et al., 1995). Os ácidos graxos e os triacilgliceróis não são transportados na planta, sendo sintetizados nos locais de acúmulo. A síntese ocorre a partir de carboidratos, fundamentalmente sacarose transportada a partir das folhas (fotossíntese), a qual é substrato
para a glicólise e formação de piruvato, que irá dar origem ao acetil-CoA (CASTRO et al., 2005). TABELA 1. Ácidos graxos comuns em plantas Nome comum do ácido Esqueleto carbônico Ponto de fusão (°C) Láurico Mirístico 12:014:0 44,253, Palmítico Esteárico 16:018:0 63,169, Araquídico Behênico 20:022:0 76,580, Lignocérico Palmitoléico (^) 16:1 (∆24:0 (^9) ) 86,0-0, Oléico Linoléico (^) 18:2 (∆18:1 (∆9,12^9 ) (^) ) 13,4-5, Linolênico Erúcico 18:3 (∆22:1 (∆9,12,15 (^9) ) ) -11,3 35 ∆ Fonte. Adaptado de LEHNINGER et al. - posição da insaturação na cadeia carbônica (1995), CASTRO et al. (2005) e RAMOS (2004)
Os ácidos graxos sintetizados pelas plantas normalmente tem número par de átomos de carbono em cadeias não ramificadas de 12 a 24 átomos de carbonos. Na biossíntese dos ácidos graxos, uma enzima com 3 átomos de carbono chamada de malonil-CoA é o substrato para o início da reação de carboxilação (LEHNINGER et al., 1995). O malonil-CoA é formado pela acetil-CoA, que pode ser produzida diretamente pelo complexo piruvato desidrogenase, a partir do piruvato gerado na glicólise (origem de um carboidrato) (CASTRO et al., 2005). A acetil-CoA é catalisada pela acetil-CoA carboxilase e convertida em malonil-CoA, ocorrendo esta reação em dois passos, envolvendo a biotina e consumo de ATP, fornecida principalmente pela fase fotoquímica da fotossíntese. O grupo biotinil funciona como um transportador temporário de CO 2 , transferindo-o para o acetil-CoA no segundo passo, liberando o malonil-CoA (LEHNINGER et al., 1995). Estas reações ocorrem nos plastídios (CASTRO et al., 2005). A montagem dos carbonos no substrato malonil-CoA consiste em uma sequência ou ciclo fundamental de quatro passos. Cada uma das passagens pelo ciclo aumenta
Deste modo, a planta pode desenvolver-se em temperaturas baixas sem que suas funções sejam afetadas. Acredita-se que o aumento da dessaturação de ácidos graxos em temperaturas baixas seja favorecido pela maior solubilidade do O 2 em águas frias, a qual funciona como transportadora de oxigênio para o sistema de dessaturação (CASTRO et al. 2005). Este fenômeno da maior concentração de ácidos graxos poli-insaturados foi observado no girassol quando cultivado em regiões de latitude diferenciada (ROBERTSON, apud BETTIS et al., 1982).
FIGURA 1. Compartimentalização simplificada da síntese de triacilgliceróis em uma célula vegetal. As linhaspontilhadas são rotas determinadas por fatores ambientais e/ou genéticos (adaptado de CASTRO et al. (2005), LEHNINGER et al. (1995) e TAIZ & ZEIGER (2004)) Para os ácidos graxos serem convertidos em triacilgliceróis, necessita-se de dois precursores, os acil-graxos-CoA e o glicerol-3-fosfato, junto a vários passos enzimáticos em suas respectivas vias de biossíntese. O glicerol-3-fosfato é formado a partir da
dihidroxicetona fosfato que surge durante a glicólise pela ação do glicerol-3-fosfato desidrogenase citisólica ligada ao NAD. Os outros precursores são os acil-graxos-CoA, formados dos ácidos graxos livres no retículo endoplasmático pelas acil-CoA sintases (LEHNINGER et al., 1995). O primeiro estádio na biossíntese dos triacilgliceróis é a acilação dos dois grupos hidroxila livres do glicerol-3-fosfato por duas moléculas de acil-graxo-CoA para liberar o diacilglicerol-3-fosfato (fosfatidato), o qual é convertido em triacilglicerol. Para isso, o fosfatidato é hidrolisado pela fosfatidato-fosfatase para formar um 1,2-diacilglicerol, o qual posteriormente é convertido em triacilglicerol por transesterificação com um terceiro acil- graxo-CoA (LEHNINGER et al., 1995). O resumo dos processos explicados acima pode ser visualizado na figura 1. Dependendo da composição química do óleo como os tipos de ácidos graxos, tamanho da cadeia carbônica e a existência de insaturações, podem ser suscetíveis níveis diferenciados de degradações do tipo oxidativas e/ou hidrolíticas. As transformações oxidativas ocorrem em lipídios que contém ácidos graxos insaturados. Estas degradações resultam em hidrocarbonetos voláteis como aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, alcoóis e também produtos não voláteis como hidrocarbonetos cíclicos, não cíclicos e compostos de alta massa molecular. As transformações oxidativas normalmente não ocorrem nos ácidos graxos saturados porque, neste caso, a formação de um radical livre é desfavorável, a não ser que ocorram condições drásticas de temperatura, pois para ocorrer à ruptura de uma ligação carbono-hidrogênio (C-H) de uma cadeia carbônica saturada, é necessário aproximadamente 100 kcal mol-1. Para o caso da cadeia insaturada, ou a dupla ligação existente na molécula, são necessários aproximadamente 60 kcal mol-1. Esse tipo de degradação provoca alterações na cor do óleo, na viscosidade, bem como na sua composição (BOBBIO & BOBBIO, 1992). As condições de armazenamento podem favorecer a ocorrência deste tipo de
