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DUPLO COMBUSTÍVEL EM MOTORES COM IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO
DUAL FUEL IN ENGINES WITH COMPRESSION IGNITION
Tiago de Almeida Onofre*
RESUMO
A utilização de motores que queimam o combustível diesel é muito comum nos
veículos terrestres principalmente nos de grande porte. O transporte terrestre é um
meio necessário para locomoção de passageiros, movimentação e elevação de
cargas. A utilização dos motores diesel tem como fator considerável a alta emissão
de poluentes, resultado dos gases gerados na queima do combustível. O objetivo
deste trabalho é a injeção de gás natural na admissão de ar do motor para substituir
parcialmente o combustível líquido (diesel) por combustível gasoso (gás natural). A
finalidade dessa substituição parcial é diminuir as emissões de gases poluentes no
meio ambiente. A aplicação do equipamento no motor diesel mostra se satisfatório
diante do objetivo, pois apresenta uma redução e quase eliminação alguns gases
poluentes emitidos pelo motor quando utilizado somente o óleo diesel.
Palavras-chave: Motor. Diesel. Gás Natural. Emissões.
ABSTRACT
The use of engines that burn diesel fuel is very common in land vehicles, especially
large ones. Land transport is a necessary means of transporting passengers, moving
and lifting loads. The use of diesel engines has as a considerable factor the high
emission of pollutants, resulting from the gases generated in the burning of the fuel.
The objective of this work is the injection of natural gas in the engine air intake to
partially replace the liquid fuel (diesel) for gaseous fuel (natural gas). The purpose of
this partial replacement is to reduce emissions of polluting gases into the environment.
The application of equipment in the diesel engine proves to be satisfactory in view of
the objective, as it presents a reduction and almost elimination of some polluting gases
emitted by the engine when using only diesel oil.
Keywords: Engine. Diesel. Natural Gas. Emissions
1 INTRODUÇÃO
Em tempos em que é argumentado as reduções de emissões de gases na
atmosfera e a sustentabilidade, a queima de um combustível fóssil em motores é
bastante discutida, considerando que já existem outras fontes alternativas não tanto
poluidoras. Como uma alternativa as grandes emissões de poluentes, realizar uma
abordagem para uma melhor utilização de motores diesel é necessário para atual
cenário ambiental do Brasil.
Segundo o site da IEMA (Instituto de Energia e Meio Ambiente) a energia no
brasil tem uma parcela de 19% nas emissões de gases na atmosfera. Desta parcela
38% se referem aos gases gerado por meios de transporte, sendo esta atividade a
maior emissora deste grupo. O diesel emite a maior parcela das emissões do grupo
energia/ transporte (figura 1).

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________________________
* Engenheiro Mecânico, formado pela Universidade de Fortaleza – UNIFOR.
Figura 1 – Emissões na atividade de transporte em 2019.
Fonte: Site https://energiaeambiente.org.br/ (acesso 7/06/2022)
Uma solução para a redução destes poluentes emitidos pelos gases
provenientes da utilização deste combustível é a instalação de um equipamento que
reduz a quantidade de diesel utilizado dentro da câmara de combustão, injetando
juntamente o gás natural como complemento a esta redução do consumo de diesel.
O Gás natural, combustível gasoso, comumente utilizado em motores de ciclo
Otto substituindo a gasolina e o álcool em veículos, também tem utilidade em motores
do ciclo diesel sendo substituído parcialmente e não totalmente como nos motores a
gasolina e álcool. Uma das vantagens da utilização do gás natural como fonte de
energia para gerar trabalho é a redução de emissões de gases poluentes, porém
existe o fator de investimento do equipamento e acessórios.
Neste trabalho será abordado somente a vantagem de utilização do gás natural
em motores de combustão de ignição por compressão utilizando o diesel que são
utilizados para transporte de passageiros e carga.
A justificativa deste trabalho é abordar e demonstrar uma solução para redução
das taxas percentuais de emissões de poluentes ao meio ambiente aplicando o gás
natural no motor diesel. E tem como objetivo, apresentar as vantagens ambientais
através dos dados bibliográficos de emissões de gases poluentes provenientes da
queima do diesel e compará-los as emissões dos gases originados pela queima da
mistura diesel gás com a implantação do equipamento
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 Fundamentos teóricos
2.1.1 Motores de Combustão Interna
Motores são máquinas térmicas alternativas de combustão interna destinadas
a oferecer energia mecânica ou força motriz de acionamento. Segundo Benevides
(1971), máquina térmica pode ser definida como aquela que transforma energia
calorífica em energia mecânica. Ainda segundo Benevides (1971), a energia calorífica

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pode se entender como a energia que se retira de uma combustão, e essa combustão
é uma reação química com desprendimento de calor que se processa entre um
combustível e um comburente, mediante a ação do calor.
Utiliza-se motores de combustão interna - MCI para facilitar os métodos, seja
de locomoção terrestres, aéreas ou aquáticas, produção de bens e serviços, geração
de energia, produção de ar comprimido, dentre outros itens que o motor é utilizado de
modo a garantir agilidade aos processos.
Segundo Varella (2006), Cecil em 1821 produziu um motor a combustão com
uma mistura ar e hidrogênio que realmente funcionou com êxito. Em 1852, o belga
Jean Joseph Etienne Lenoir partindo dos conceitos de Cecil, começou a concentrar-
se no projeto de construção do motor. Seis anos depois, em 1858, Lenoir obteve seu
primeiro motor de explosão a gás (Figura 2) e o patenteou em 1860.
Figura 1 - Motor Lenoir
Fonte: Site Britanica.com (acesso 7/06/2022)
Martins (2011) esclareceu que em 1876 o alemão Nikolaus Otto com ajuda do
sócio Eugen Langen, possivelmente, baseado nos experimentos do ciclo de quatro
tempos do francês Beau Rochas, aprimoraram seus conceitos e aperfeiçoaram o
motor com os quatro tempos (admissão, compressão, expansão e exaustão)
conhecido como ciclo Otto que é o mais utilizados em motores de combustão.
Ainda segundo Martins (2011) no ano de 1892, Rudolf Diesel patenteou o
modelo de motor de combustão interna (Figura 3) por ignição a compressão. Em 1993
Rudolf propõe o ciclo a pressão constante (Figura 4).
Figura 2 - Motor Rudolf Diesel
Fonte: Site Diesel Engine Motor (acesso 7/06/2022)

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Figura 3 - Diagrama P – V do Ciclo Diesel
Fonte: Brunetti (2012)
A gasolina utilizada no ciclo Otto possui sua ignição por centelhamento o que
diferencia do ciclo diesel por ter a ignição espontânea pela compressão do ar. Além
destas diferenças como citou Brunetti (2012), existem outras distinções entre estes
motores, como a introdução do combustível que no ciclo otto, em geral, é introduzida,
homogeneizada e dosada. No ciclo diesel admite-se apenas o ar e o combustível é
pulverizado ao final da compressão. Uma grande diferença entre os dois motores é a
taxa de compressão baixa no motor Otto e a alta taxa de compressão no motor Diesel,
que deve ser alta para ultrapassar a temperatura de autoignição.
Os motores de combustão podem ser classificados segundo Brunetti (2012)
como explicado na Figura 5:
Figura 4 - Classificação Motores
Fonte: Autor (2022)
Neste trabalho será tratado somente dos motores de combustão interna a
diesel que de acordo com a Figura 5, classificamos o motor abordado neste trabalho
como sendo um motor de combustão interna alternativo de 4 tempos, ignição
espontânea por compressão, com sistema de arrefecimento a água e sobrealimentado
a ar.
Tipo de Aplicação dos Motores

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Motores de combustão interna podem ser classificados segundo sua utilização
em 4 tipos como mostrado na Tabela 1.
Tabela 1 - Classificação de motores de combustão interna
TIPO DESCRIÇÃO
Estacionários
São motores destinados ao acionamento de maquinas estacionárias,
como exemplo: Grupo geradores elétricos, motor bombas, e máquinas
que operam em rotações constantes.
Industriais
Utilizados em máquinas agrícolas ou de construção civil: tratores,
guindastes, veículos de operação fora de estrada, maquinas de
mineração, compressores de ar, acionamento de sistemas
hidrostáticos.
Veiculares
Destinado ao acionamento de veículos de transporte em geral, carros,
caminhões, ônibus, aeronaves, motocicletas.
Marítimos Destinados a propulsão de barcos e motores de uso naval.
Fonte: Autor (2022)
Sistema de Trabalho
Com relação ao sistema de trabalho temos três classificações de motores:
Alternativos, rotativos e Wankel. Os alternativos são assim denominados quando
fornecem trabalho através do movimento linear do pistão, transformando em rotação
contínua pelo sistema biela - manivela. Os motores rotativos fornecem trabalho com
o movimento direto de rotação, como citou Brunetti (2012), o trabalho é obtido
diretamente de um movimento de rotação, sem o movimento de vaivém, exemplo da
turbina. Já o motor Wankel, ainda segundo Brunetti (2012), possui um rotor
sensivelmente triangular e de um estator que possui um formato geométrico
concebido pela posição dos 3 vértices do rotor.
Ciclo de Operação
Os Motores podem apresentar dois tipos com relação aos seus ciclos de
trabalho: dois e quatro tempos. Segundo o dicionário o conceito de ciclo se define
como parte de um processo periódico que se efetua durante certo espaço de tempo
(HOLANDA, 2016).
Brunetti (2012) citou que o MCI de dois tempos (Figura 6) é o tipo que em
apenas uma volta do eixo (dois cursos do pistão) o ciclo se completa.
Figura 5 - Ciclo do motor 2 tempos
Fonte: site da Reunidas Motores (acesso 10/06/2022)

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Já no motor alternativo de combustão interna de quatro tempos, o pistão
percorre 2 voltas do eixo (4 cursos do pistão) para completar um ciclo. Os quatro
tempos deste tipo de motor se resumem em: Admissão, compressão, expansão e
escape dos gases, como mostrado na Figura 7.
O funcionamento dos motores de combustão interna alternativo de ciclo Diesel
ocorre em quatro tempos termodinâmicos: Admissão, compressão, explosão e
exaustão apresentados na Tabela 2. Diferenciando-se do ciclo Otto que a injeção
ocorre no tempo de admissão juntamente com o ar e tem a ignição por centelhamento,
no ciclo diesel possui uma admissão puramente de ar e sua injeção ocorre na
compressão e a ignição é espontânea.
Tabela 2 - Tempo Termodinâmico
TEMPOS DESCRIÇÃO
Admissão
No processo de admissão o pistão executa o movimento descendente
se deslocando do ponto morto superior – PMS ao ponto morto inferior –
PMI mostrado na Figura 7 etapa 1, com a válvula de admissão aberta
enquanto a válvula de escape permanece fechada. Este movimento do
êmbolo provoca uma depressão dentro do cilindro que faz com que o ar
seja admitido para dentro do cilindro pela abertura da válvula de
admissão.
Compressão
Finalizada a admissão, a válvula de admissão se fecha e continua
mantendo a válvula de escape fechada e o pistão inicia o movimento de
deslocamento ascendente do ponto morto inferior ao ponto morto
superior, observa se na Figura 7 etapa 2, completando a primeira volta
do eixo e comprimindo todo ar admitido de tal forma que ele passa a
ocupar apenas o volume da câmara de combustão. Esta compressão
provoca uma elevação da temperatura do ar atingindo de 500 a 700°C.
Neste momento ocorre a injeção de uma pequena quantidade de
combustível pulverizado na câmara de combustão, que entra em ignição
e ocorre a explosão e uma consequente elevação de pressão dentro do
cilindro.
Combustão
A elevação de pressão dentro do cilindro provocada pela queima
acarreta uma força que impulsiona o pistão, gerando o ciclo positivo de
trabalho, e deslocando o pistão do PMS ao PMI mantendo as duas
válvulas, admissão e escape, fechadas.
Escape
Após o embolo chegar ao PMI inicia-se a expulsão dos gases
queimados. A válvula de escape se abre mantendo a válvula de
admissão fechada e o pistão se desloca do PMI ao PMS expelindo estes
gases através da abertura da válvula de escape. Por fim ocorre a
exaustão quando os gases provenientes da queima são expulsos para
o ambiente (TILLMANN, 2013).
Fonte: Autor (2022)

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Figura 6 - Ciclo do motor 4 tempos
Fonte: Site da Máquinas e motores na pesca (acesso 15/06/2022)
Ignição
Segundo Brunetti (2012), na ignição por centelha ocorre uma faísca, emitida
pelos eletrodos de uma vela, na mistura ar/combustível comprimida que foi admita
anteriormente dentro do cilindro. Este tipo de ignição acontece nos motores de ignição
por faísca ou Otto.
Nos motores de ciclo Diesel acontece a ignição espontânea. Neste caso, os
cilindros comprimem somente o ar até atingir uma temperatura de autoignição do
diesel, que em seguida injeta o combustível e reage espontaneamente com o ar que
foi previamente admitido e comprimido até a temperatura ideal na câmara de
combustão, ocorrendo a queima sem a necessidade de uma faísca.
Alimentação de Ar
Podem ser classificados como aspirados, citou Brunetti (2012), quando o ar é
admitido na câmara de combustão unicamente pelo deslocamento do pistão do PMS
ao PMI, gerando uma depressão no interior do cilindro ocasionando um gradiente de
pressão entre a câmara e o coletor de admissão.
Também podem ser classificados como sobrealimentados, quando possuem
dispositivos para elevar a pressão no coletor de admissão maior que a pressão
atmosférica. Este dispositivo pode ser o turbo compressor que utiliza os gases de
escapamento para gerar trabalho e transferi-lo, através de uma turbina, para o
compressor.
A outra forma de ganho de pressão no coletor de admissão é a
sobrealimentação mecânica também conhecida como compressor roots, que segundo
Brunetti (2012) este compressor é acionado mecanicamente pelo motor através de
correias, comprimindo o ar no coletor de admissão e no interior da câmara de
combustão durante o ciclo na etapa de admissão.
Alimentação de combustível
A classificação dos MCI’s feita por Brunetti (2012), relativo a alimentação de
combustível, pode ser definida como carburada, injeção eletrônica e sistema de
alimentação diesel. Como citado, neste trabalho será tratado somente do sistema de
alimentação de diesel.
Continuado com o conceito do Brunetti (2012), que define a alimentação do
combustível nos motores diesel como:

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- Sistema de bombeamento individual que se subdivide em 3 configurações:
bomba em linha, bomba-tubo-bico e bomba-bico.
- Sistema de bomba distribuidora ou rotativa.
- Sistema acumulador ou common rail.
Sistema de Arrefecimento
Devido ao trabalho fornecido pela combustão que resulta em atrito e calor
dissipado nas peças do motor, segundo Martins (2011) o arrefecimento no motor de
combustão interna pode ser realizado através do ar, normalmente em motores
pequenos, ou através de água que oferece mais eficiência que o ar que por este fato
é aplicado em motores de maior porte.
2.1.2 Combustíveis
Gás Natural
O gás natural é formado através do resultado do acúmulo de energia solar em
materiais orgânicos encontrados em grandes profundidades do solo. Este é um
combustível fóssil energético mais eficiente, encontrado em rochas porosas no
subsolo podendo estar associado ou não ao petróleo (DONATO, 2012).
Este componente possui gases inorgânicos e hidrocarboneto saturados, em
grande quantidade o metano (CH4) e em menores quantidades, o propano (C3H8),
butano (C4H10), pentano (C5H12) e resíduos de hexano (C6H14). Na grande maioria o
gás natural é utilizado em combustíveis, mas também serve para extração de
hidrocarbonetos como matéria prima nas indústrias petroquímicas e enxofre
elementar, um significativo produto químico industrial. (MOKHATAB; A POE, 2014).
Os gases naturais podem ser classificados quanto a proporção de
hidrocarbonetos: podem ser secos, quando é quase todo formado por metano; úmido,
quando possuem os outros hidrocarbonetos ou condensados quando apresentam alto
teor de hidrocarbonetos líquidos. Quando apresentam alto teor de líquidos, podem
ser ricos ou pobres, e a classificação com relação ao enxofre que pode dividir o gás
em doce quando possui quantidade limitada ou azedo quando tiver excesso de
enxofre. Também podem ser classificados como gás associado e não associado.
Gás natural associado é aquele que se encontra no reservatório geológico
dissolvido no petróleo ou sob uma capa de gás. Neste caso normalmente privilegia-
se a produção inicial do óleo, utilizando o gás para manter a pressão do reservatório
(ANP).
O Gás não associado está isento de óleo e de água no reservatório e neste
caso somente se justifica comercializar o gás natural. Sua concentração é
prevalecente na camada rochosa.
Na CNTP (condições normais de temperatura e pressão), ou seja, na pressão
atmosférica o gás natural é encontrado em estado gasoso e tem como características:
inodoro, incolor, insípido e amorfo com ponto de inflamação em temperaturas
superiores a 620°C e temperatura de ignição de 537°C, mais leve que o ar (densidade
absoluta 0,74 kg/m³) e poder calorifico entre 48.000 a 54.000 kJ/kg (ANP, 2008).
Relacionando a queima do gás natural com a queima dos combustíveis
líquidos, o gás natural apresenta diversas vantagens. De acordo com Poulallion
(1986), o gás é um combustível limpo que apresenta reduções dos gases poluentes
de combustão e pouco nocivo à saúde. Ele diminui a degradação do meio ambiente e
os malefícios à saúde com a redução da emissão de material particulado, dióxido de

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carbono (CO2), dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio (NOx). Continuando
com Poulallion (1986), os motores também usufruem destes benefícios, pois
reduzindo os resíduos sólidos da combustão, elimina a formação de depósitos nos
cilindros que reduzem o consumo de lubrificantes, o número de revisões e o tempo de
parada para manutenção, além de melhorar o rendimento.
De acordo com Filho (2006) os dados apresentados na Tabela 3 demostram
que os motores a gás natural têm menores emissões de oxido de nitrogênio (NOx) e
material particulado (MP) que os motores diesel, mas emitem uma quantidade maior
de monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos (HC). Pode-se concluir, também,
que a utilização do catalisador no motor a gás reduz as emissões de CO a quase o
mesmo valor do motor diesel e elimina radicalmente as emissões de HC.
Tabela 3 - Comparativo de emissões de motor GNV e Diesel
Emissões (g/kWh) CO HC NOx MP
Diesel 0,96 0,3 4,66 0,085
Gás sem catalisador 1,83 0,4 2,58 0,027
Gás com catalisador 0,97 0,01 0,58 0,002
Fonte: Filho (2006)
Segundo Belizário (2012), uma boa vantagem para o uso do gás natural é a
oportunidade de preservação do meio ambiente. Pelas características citadas, é uma
ótima opção de substituição do diesel em motores, reduzindo os níveis de poluição.
O gás natural é considerado um combustível em potencial. Nas últimas três
décadas, o seu consumo triplicou no mercado mundial e vem crescendo,
como um todo, no mercado energético. Uma das razões é a baixa emissão
de carbono. É um combustível flexível não só por suas próprias
características, mas também com um complemento eficaz na geração de
energia. (LAGEMANN,2016).
Diesel
Combustível fóssil líquido proveniente do petróleo, que segundo Martins (2011),
é um produto da destilação fraccionada do petróleo bruto com grande quantidade de
hidrocarbonetos e possui temperatura de ebulição variando entre 180°C e 360°C, e
temperatura de autoignição de 250°C. De acordo com a ANP (2022), o diesel possui
uma massa específica de 830kg/m³ e poder calorífico inferior de 42MJ/kg.
Uma das características do diesel e a baixa temperatura de autoignição que
não necessita de uma centelha na câmara de combustão do motor para início de
explosão. Apenas a injeção do combustível no ar admito e comprimido, que está a
uma temperatura elevada, já provoca a ignição da mistura sem a necessidade da
faísca para início de queima.
Combustível que, segundo Taylor (1988), possui a molécula C12H26 para o
diesel leve. E segundo Franco (2007), apresenta em sua queima alto teor de
emissões de óxidos de enxofre e material particulado responsável pela fumaça preta
característica dos motores diesel.
De acordo com Brunetti (2012) o consumo de óleo diesel no mundo não se
limita somente ao uso veicular, apresenta grande consumos em embarcações,
caldeiras, setores agrícolas, ferroviários, geração de energia e fornos industriais. O
que se nota a parcela de poluição com a queima de grande quantidade do diesel e
como consequência leva a uma análise de combustíveis mais limpo para substituição
do diesel sem perder rendimento.

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2.1.3 Equipamento de Injeção de Gás
Na década de 70 com a crise do petróleo, surgiu a possível escassez da matéria
prima dos combustíveis fósseis, incluindo o óleo diesel. Segundo Belizário (2012)
atualmente com a preocupação com o meio ambiente e a importância, cada vez maior,
de se reduzir as emissões dos poluentes, surgiu a necessidade de diminuir o consumo
de diesel ou criar métodos de geração de energia. O sistema do injeção de gás na
queima do diesel é uma alternativa para esta redução. Trata se de um kit duplo
combustível que é instalado no duto de aspiração do ar.
Desde a criação dos primeiros kit’s, estes equipamentos passaram por algumas
modificações tecnológicas, como citou Machado, Melo e Lastres (2004) e a evolução
foi classificada em 4 gerações deste kit.
1ª Geração: O primeiro kit diesel gás foi criado em 1954 por Elliot & Davis e foi
utilizado até década de 80. Eram equipados por sistemas mecanizados, com total
ausência de eletrônica, onde a mistura proporcionada de ar e gás natural era realizada
por um tubo venturi calibrado e a injeção de diesel era ajustada mecanicamente
(injeção piloto) e a proporção de substituição do gás pelo diesel era baixo.
2ª Geração: No final da década de 80 surgiu a segunda geração. Nesta
evolução, o kit era bem semelhante ao da primeira geração, onde apresentava o
venturi calibrado para a mistura de ar e gás natural, mas a injeção piloto do diesel era
realizada eletronicamente. Foram inseridos alguns sensores que enviavam sinais para
uma central eletrônica e de acordo com cada tipo de condição de operação a central
se encarregava de injetar o diesel de uma forma mais correta e eficiente.
3ª Geração: Neste caso o kit diesel gás possui um controle eletrônico tanto para
a injeção piloto do diesel como para a injeção do gás, utilizando um sistema de
controle da mistura diesel/gás em função do monitoramento das condições dos gases
de escape através do sensor lambda, sistema este chamado de closed-loop.
De acordo com a Altrocnic (2015), o kit duplo combustível é constituído pelos
componentes abaixo.
• Misturador de gás: dispositivo que mistura o gás natural ao ar;
• Trem de gás: realiza um prévio condicionamento e regulagem do gás
natural na admissão do motor. É constituído por filtro, válvula reguladora
de gás e válvula de fechamento;
• Pulmão: Controla o fornecimento de gás para as determinadas cargas
do motor;
• Controlador: equipamento que recebe as informações dos sensores,
processa estas informações e atua de forma adequada ao melhor
funcionamento do sistema.
O kit duplo combustível é instalado no duto de aspiração de ar do motor do
diesel. Este consiste em um sistema que injeta gás natural a jusante do filtro de ar e
a montante da turbina, e é comprimido no turbo compressor que posteriormente é
distribuído para cada cilindro do motor pelo coletor de admissão de ar.
O sistema injeta a mistura ar/gás natural na câmara de combustão na fase de
aspiração, seguida da compressão que no final desta etapa ocorre a injeção piloto de
diesel que realiza a queima juntamente com o gás. Este método reduz
consideravelmente a quantidade de diesel consumido (queimado) nas câmaras de
combustão do motor, ou seja, o kit realiza uma substituição parcial do gás pelo diesel.
O equipamento é instalado sem grandes modificações no motor (Figura 8), e
nenhuma modificação em peças internas ao motor, o que facilita uma manobra de
retorno para utilização de somente diesel, para uma futura venda do equipamento ou
readequação de utilização única do diesel.

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Figura 8 - Sistema Kit Duplo Combustível
Fonte: Altronic (2015)
O Controlador do equipamento monitora alguns parâmetros do motor (Figura
8) e do sistema tais como:
• Pressão de recebimento do gás;
• Pressão na saída do gás no regulador;
• Vácuo na admissão do turbo, jusante do filtro de ar;
• Pressão do ar de admissão no coletor de ar;
• Temperatura de admissão no coletor de ar;
• Temperatura do gás de escape;
• Vibração do motor;
• Transdutor de potência;
• Rotação do motor;
• Sensor de pressão na entrada do misturador.
Estas entradas de informações no controlador permitem determinar quando
ativar ou desativar o modo duplo combustível em função do desempenho do motor,
nível de carga, temperatura ambiente, limites de vibração ou pressão de fornecimento
do gás. Desta forma o kit mantém o desempenho do motor similar ao modo 100%
diesel.
4ª Geração: se resume em um injetor único para a injeção de gás e injeção
piloto do diesel.
2.2 Metodologia
Este trabalho foi elaborado para apresentar de forma exploratória descritiva e
pesquisas documentais. Como descreveu Salomon (1991) as pesquisas exploratórias
descritivas têm o objetivo definir o problema, relatar a conduta de fenômenos,
proporcionar as intuições de solução e identificar fatos variáveis.
Segundo Gil (2017) pesquisa documental é utilizada em quase todas as
ciências sociais e constitui um delineamento mais importante no campo da história e
da economia.

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3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Nesta seção foi analisado a substituição parcial do diesel pelo gás natural e as
possíveis reduções de emissões de poluentes com a queima da mistura gás e diesel.
Equipamentos de Injeção de Gás Natural
A instalação do equipamento no motor é uma tecnologia que permitirá a
operação de motores diesel com mistura de gás natural, possibilitando as emissões,
proporcionando uma queima mais limpa. O equipamento permite até 70% de
substituição de gás pelo diesel sem perda de potência e eficiência, podendo alternar
para o sistema somente diesel sem interrupções.
Substituição parcial do diesel pelo gás natural no funcionamento do motor.
Segundo Orlando (1998) que em seu trabalho demostra a eficiência do motor
diesel como 42% e do motor diesel/gás como 44%. Neste mesmo trabalho, Orlando
(1998) cita que a taxa de compressão no motor com a combustão diesel e diesel/gás
mantém-se num valor de 17:1 e os valores dos conteúdos energéticos para o diesel
38.347kJ/m³ e para o gás natural sendo 38.828 kJ/m³, ou seja, a relação do conteúdo
energético óleo diesel e conteúdo energético gás natural é igual a 98,8%.
Já Taylor (1988) cita a estequiometria do gás natural que é 15,4:1 e do diesel
é 15,2:1, ou seja, ambos possuem uma estequiometria de combustão similares.
Rendimento térmico do motor com aplicação do kit duplo combustível
Pelo fato de não ter sido realizado testes com dinamômetro, será demostrado
como comparativo outro estudo e testes realizados em motores e grupos geradores
da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro que servirá como base para
compreensão dos rendimentos térmicos do motor queimando a mistura de gás natural
e diesel.
Um estudo realizado na PUC – RJ (Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro) pelos autores Pereira, R. H, Braga, S. L. e Braga, C. V. M., com título do
trabalho “Substituição Parcial do Óleo Diesel pelo Gás Natural em Motores –
Atratividade da tecnologia e sua avaliação experimental” que tem como finalidade
demonstrar a aplicação do kit duplo combustível, analisando o rendimento térmico e
as emissões do motor queimando gás e diesel.
No trabalho apresentado pelos autores, foi utilizado um motor MWM de 145cv
a 2600RPM, e testado em um dinamômetro de bancada modelo Alpha 240 da
fabricante AVL. Estes testes foram realizados a 1800RPM, rotação constante de um
motor grupo gerador, que a plena carga registrou se 117,4cv de potência mecânica.
De acordo com os testes realizados na PUC, pode-se perceber, na Figura 9,
que o motor analisado pode obter diversas taxas de substituição de diesel pelo gás
dependendo da carga aplicada ao motor.
Segundo Pereira et al (2004), testes realizados com cargas nulas as taxas de
substituição obtida foram pouco superiores a 50% e pra cargas de 16,9cv (14% de
carga) e 30,5cv (26% de carga), como demostrado na Figura 9 chegaram a taxas
próximas a 70% e 80%, porém apresentaram rendimentos térmicos inferiores a

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mesma potência em funcionamento somente diesel. Pode-se observar que com os
testes realizados pelos autores deste trabalho que foram obtidas taxas superiores a
90% de gás com cargas entre 50% e 90% (58cv e 105,6 cv).
Uma atenção em especial a carga de 105,6cv que teve um aumento de
rendimento térmico e passou de 90% a taxa de substituição, mas como demostrado
na Figura 9 o maior ganho de rendimento térmico se deu a plena carga que passou
de 33,7% a trabalho realizado somente com diesel, para 36,7% com uma taxa de
substituição diesel/gás de 80%, representando um aumento de 9% no rendimento
térmico do motor. Para baixas cargas observa-se que o rendimento térmico tem
quedas significativas como o caso da curva de 16,9cv que decai de 23% para 13,5%.
É importante salientar que para cargas superiores a 50% o rendimento térmico,
comparado a utilização somente diesel, não possuem uma alteração muito
significativa.
Figura 9- Rendimento Térmico x Taxa de substituição Diesel/Gás
Fonte: PUC-RJ (2004)
Análise de Emissões de Gases com aplicação do kit duplo combustível
Motores de médio e grande porte têm usado como alimentação de combustível
geralmente o óleo diesel, combustível com alto teor de emissões de poluentes na
atmosfera. Segundo o Koslowski et al. (2014) os gases de exaustão do motor diesel
são classificados em dois grupos, os nocivos à saúde e ambiente, e os que não
causam danos à saúde, mostrado na Tabela 4.
Tabela 4 - Classificação dos gases de exaustão
Classificação Emissões
Oferecem risco
direto a saúde e
ao ecossistema
Emissão regulamentada
Monóxido de carbono (CO),
hidrocarbonetos (HC), óxidos
de nitrogênio (NOX), óxidos de
enxofre (SOX) e material
particulado (MP)

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Emissão não regulamentada
aldeídos, amônia, benzeno,
cianetos, tolueno e
hidrocarbonetos
policíclicos aromáticos (HPA)
Não causam
danos diretos a
saúde
O2, CO2, H2O e N2
Fonte: Autor (2018)
Uma das vantagens da substituição parcial do gás natural pelo diesel é a
redução da emissão gases poluentes, porém, esta vantagem não pode ser
considerada uma generalização a todos os poluentes emitidos, pois as reduções
consideráveis são somente do material particulado e óxidos de enxofre.
De acordo com Machado, Melo e Lastres (2006) a vantagem considerável pela
substituição dos combustíveis no motor e a redução significativa do material
particulado (MP), eliminando a quase zero a emissão da fumaça negra, uma das
características do motor diesel. Continuando com Machado, Melo e Lastres (2006), a
redução dos demais poluentes regulamentados dependerá dos parâmetros
tecnológicos dos motores e kit de substituição instalado. A tendência é a redução de
dióxido de carbono (CO2), diminuição de hidrocarbonetos tóxicos não metanos e
aumento dos hidrocarbonetos totais (THC) devido ao metano (CH4) não queimado, e
o maior desafio nessa aplicação de gás no motor diesel é a redução do monóxido de
carbono (CO) juntamente com o THC para enquadrar nos limites de emissões da
queima puramente diesel.
Já Lobkov (2005) que realizou testes em um motor a diesel, comenta em seu
trabalho que a principal particularidade ambiental da substituição do diesel pelo gás é
a redução a praticamente nula de óxidos de enxofre e material particulado, e implica
em baixas de emissões de CO e discretas emissões de hidrocarbonetos (HC), já o
NOx permanece inalterado ou levemente menores.
Em seu artigo Ferreira e Costa (2010) apresentaram alguns gráficos
comparativos de gases regulamentados emitidos por um motor de grupo gerador
fabricante Cummins, operando com diesel e mistura diesel/gás natural com o gás
injetado na aspiração do ar. Observa-se na Figura 10 que a redução de SO2 melhor
quanto maior for a taxa de substituição, pelo fato da redução do diesel, e tende a zero
com o aumento de carga.
Figura 70 - Quantidade de SO2 em função da carga

15
Fonte: Ferreira e Costa (2010)
Observa-se na Figura 11 o comportamento do monóxido de carbono (CO) que
tem taxas de emissões consideravelmente maiores para aplicações de mistura
diesel/gás natural. Nas taxas de 40% e 60% de substituição a concentração diminui
com o aumento de carga, diferentemente da taxa de 80% que apresenta uma
porcentagem menor dentre as taxas de substituição, mas com o aumento de carga a
mesma tem um aumento de percentagem de CO.
Figura 11 - Quantidade de CO em função da carga
No gráfico da Figura 12, o dióxido de carbono (CO2) apresenta um
comportamento de redução de emissão com o aumento de taxa de substituição e
possui um comportamento de acréscimo proporcional ao aumento de carga, o que é
aceitável visto que a eficiência da combustão também melhora com o aumento de
carga aplicada ao equipamento.

16
Figura 12 - Quantidade de CO2 em função da carga
Fundamentando todas as referências citadas neste item pode se considerar
que os motores, ao aplicar o kit duplo combustível, pode apresentar melhoras
consideráveis nas reduções de boa parte dos gases poluentes que o mesmo libera na
atmosfera.
CONCLUSÕES
Este trabalho teve como propósito a aplicação de gás natural em motores diesel
com objetivo de reduzir as emissões de gases poluentes no ambiente.
Dados apresentados na figura 9 deste trabalho demostram que a substituição
parcial de gás natural a plena carga alcançou uma taxa de 90% de substituição de
diesel pelo gás combustível, e proporcionou uma melhora no rendimento térmico do
motor em condições de cargas próxima a máxima.
Foram apresentadas as reduções de poluentes emitidos pelos gases de
combustão, dentre eles os óxidos de enxofre e particulados que decaiu a quase zero
sanando a fumaça preta emitida pelos escapamentos dos motores.
Portanto pode-se considerar que os objetivos estabelecidos neste trabalho, que
eram de demostrar as vantagens ambientais do uso de gás natural na combustão
juntamente com diesel em motores, foram alcançados.
Um trabalho futuro que pode ser elaborado é a questão do custo benefício e o
retorno financeiro da instalação do equipamento, diante das reduções de gastos com
combustíveis que serão obtidas considerando que reduzirá o consumo de diesel e a
diferença de valores entre o gás natural e o diesel.
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