44_Maico_44

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  1. 1. AVALIAÇÃO E DESEMPENHO DO BIODIESEL PRODUZIDO NA PLANTA PILOTO DA FACULDADE DO GAMA/UnB Maico Santana Pereira1 , Maria Del Pilar Hidalgo Falla2 , Lucas Gallerani Souza 3 , Ricardo Hosannah de Carvalho4 , Daniel Felipe Rocha Melo5 , Carlos Alberto Gurgel Veras6 , Wagnei Lemes Martins7 1 Engenharia de Energia,maico_df@hotmail.com; 2 Engenharia de Energia,drapilar@gmail.com; 3 Engenharia de Energia,lucasgallerani @hotmail.com; 4 Engenharia Mecânica, ricardi7n@hotmail.com; 5 Engenharia Mecânica, stratosdaniel@ig.com.br ; 6 Engenharia Mecânica, gurgel@unb.br; 7 Engenharia Mecânica, wagnei77@hotmail.com. Universidade de Brasília/Faculdade do Gama, Área especial 2 lote 14 Setor Central Gama-DF, www.fga.unb.br, (61) 34849719 RESUMO Uma preocupação marcante do governo brasileiro tem sido como a qualidade do Biodiesel visto que este tem seu percentual cada vez maior no Diesel comercial. Dessa forma estudos dessas misturas são de estrema importância para a indústria, visto que a qualidade desse combustível impacta diretamente na produção industrial. Com isso o artigo trata de testes de Potência e Consumo realizados com Biodiesel produzido na Faculdade UnB/Gama e a partir deles, uma aplicação do B50 (Tabela 1) no Gerador Heimer. Palavras Chave: Biodiesel, Potência e Consumo. ABSTRACT EVALUATION AND PERFORMANCE OF BIODIESEL MADE IN PILOT PLANT COLLEGE OF GAMA/UnB An outstanding concern of the Brazilian government has been the quality of biodiesel since it has increased its percentage in the business diesel. Thus studies of these mixtures are of extreme importance for the industry, since the quality of this fuel has a direct impact on industrial production. This article deals with the tests performed with power consumption and biodiesel produced in the UNB College / Gama and from them, an application of B50 (Table 1) of the generator Heimer. Keywords: Biodiesel, Potency and Consumption. INTRODUÇÃO Com o aumento da porcentagem de Biodiesel no Diesel comercial (RESOLUÇÃO N°6, 2009) é importante um estudo efetivo das diferentes concentrações desse Bicombustível, bem com suas características de consumo. Dessa forma a aposta no Biodiesel provém da vantagem de sua adaptabilidade aos motores de ciclo diesel, pois enquanto outras fontes limpas de combustível necessitam de adaptação dos motores, o biodiesel pode ser utilizado diretamente, misturado ao diesel ou não, sendo este capaz de atender toda a frota já existente movida a diesel. (LEMES, 2012) Dessa forma as analises de desempenho e consumo formam um panorama de qualidade e desempenho das misturas que posteriomente seram comercializadas no Brasil, senvindo como base e exemplo para futuros trabalhos. MATERIAIS E MÉTODOS Produção do Biodiesel A produção do Biodiesel foi realizado na microusina da FGA/UnB, utilizando como matéria prima óleo de soja, segundo rota metílica e com catalisador KOH (Ver Figura 1). Esta consiste em uma reação de transisterificação (no tanque do Reator), na qual o óleo vegetal reage com álcool (metanol) na presença de um catalisador (KOH), para formar éster monoalquíllicos (biodiesel) e glicerina (LEMES, 2012). A mistura passa entao ao tanque de decantação, onde permanece por cerca de 6 horas. Esta mistura Biodisel/Glicerina é saparada e o Biodiesel segue então para etapas de lavagem. Essa ocorre em tres e etapas. 1) A primeira lavagem realizada com 0,5% de HClconcentrado diluido em água, para neutralização do pH do biodiesel. 2) A segunda lavagem realizada com uma solução de 5% de NaCl diluido em água, para facilitar a retirada do sabão produzido. 3) Por fim pode-se lavar o biodiesel com água potavel para retirar o restante das impuresas. Após a lavagem o biodiesel é então encaminhado ao tanque de secagem, onde a pressão e mantida em 200 psi e temperatura de 100°C. Nesta etapa a água contida no biodiesel em forma de emulsão é retirada, deixando o biodiesel pronto para realização dos testes.
  2. 2. 7° CONGRESSO INTERNACIONAL DE BIOENERGIA SÃO PAULO – SP - 30 DE OUTUBRO A 01 DE NOVEMBRO DE 2012 Figura 1. Usina Móvel de Biodiesel UnB/Fga com gerador Heimer. Figure 1. Mobile plant of biodiesel Unb/Fga with generator Heimer. Preparação das misturas Diesel/Biodiesel O Brasil estabeleceu através da resolução da n°6 de 2009, que todo Diesel comercializado em território nacional a partir de 1° de janeiro de 2010 devesse conter em sua composição no mínimo 5% de biodiesel. No preparo das misturas Diesel/Biodiesel considerou-se como B0 o diesel comercial, partindo então para os demais percentuais das misturas do bicombustível (ver Tabela 1). Tabela 1. Nomenclatura das misturas de Diesel/Biodiesel. Table 1. Nomenclature of mixtures of Diesel / Biodiesel. Nome Porcentagem de Biodiesel em volume no Diesel B0 DIESEL COMERCIAL B5 5% B15 15% B25 25% B50 50% B75 75% B100 BIODIESEL PURO Avaliação do desempenho Para a avaliação do desempenho do biodiesel produzido na planta da FGA/UnB, foram realizados testes de Potência e Vazão de combustível. Na Figura 2 apresentamos um esquema da bancada experimental para realizar estes testes. Esta consiste em um motor de ciclo diesel (ciclo Otto de 4 tempos) e um dinamômetro SCHENCK modelo D210-1e (210kW, 600N.m, 10000rpm), hidráulico. Para o monitoramento necessário das condições de funcionamento do motor, utilizamos os seguintes instrumentos: Bureta calibrada (volume de combustível consumido), indicador de carga em kP, indicadores analógicos de temperatura (temperatura de entrada e saída da água de arrefecimento do motor) e células de carga( torque disponível no eixo cardã). Figura 2. Modelo esquemático de bancada experimental. Figure 2. Schematic model of the test rig.
  3. 3. Utilizou-se o motor Q20B4,236 Diesel, do fabricante Massey Perkinks S.A, com ciclo de 4 tempos, diâmetro de 0.09843m, curso de 0.127m, com 4 cilindros e disposição em linha, seqüência de ignição 1-3-4-2, volume deslocado do motor 3870cm3 , com taxa de compressão 16:1, temperatura máxima na saída de água 80°C e sistema de arrefecimento Liquido (água sem aditivos). Figura 3. Dinamômetro Hidraulico SCHENCK. Figure 3. Hydraulic Dynamometer SCHENCK. Para determinar a eficiência das misturas de Biodiesel/Diesel fez-se a medição do torque e potência, comparando os resultados obtidos com os padrões medidos, neste caso o do Diesel comercial. Os teste realizados com o dinamômetro determinam o torque máximo de cada rotação. A partir deste dado aplica-se çã 1000 Segundo a norma ABNT-NBR158 (ABNT, 1996) o valor encontrado deve ser corrido por um fator de 1,17 para considerar a menor massa específica de oxidante em função da altitude de Brasília, portanto a nova equação é dada por: _ 1,17. Outro teste utilizado na caracterização da eficiência é a medição da Vazão mássica de combustível, que consiste em medir a variação de combustível em dois reservatórios posicionados com o auxilio de uma balança de precisão (Ver Figura 3). RESULTADOS E DISCUSSÃO Quando comparado ao Diesel, o Biodiesel apresenta viscosidade maior e baixa volatilidade (JURLIN XUE, 2011), tais fatores juntamente com o poder calorífico do biodiesel que é também inferior ao diesel, faz com que a potência máxima atingida pelo biocombustível (39 kW) seja menor que a potência máxima atingida pelo combustível fóssil (54 kW) para rotação de 2500rpm (ver Figura 4). Figura 4. Gráfico de Rotação(rpm) X Potência, para as misturas BO e B100. Figure 4. Graph of Speed (rpm) X Power, for mixtures BO and B100 1 6 5 0 2 0 0 0 2 5 0 0 2 8 0 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 Potência(kW) R o ta ç ã o ( r p m ) D ie s e l ( B 0 ) B io d ie s e l ( B 1 0 0 )
  4. 4. 7° CONGRESSO INTERNACIONAL DE BIOENERGIA SÃO PAULO – SP - 30 DE OUTUBRO A 01 DE NOVEMBRO DE 2012 A mesma curva anterior foi traçada para as diferentes misturas de Biodiesel, fica evidente que com o aumento do percentual de Biodiesel a potência máxima é observada em 2500rpm, conforme o aumento da concentração da mistura ( Ver Figura 5). 1650 2000 2500 2800 0 10 20 30 40 Potência(kW) Rotação (rpm) B5 B15 B25 B50 B75 Figura 5. Gráfico de Rotação(rpm) X Potência, para as misturas B5-B75. Figure 5. Graph of Speed (rpm) X Power, for mixtures B5-B75. Coma a viscosidade do biodiesel e bem maior que do diesel, cerca de 56% (BUENO, 2006), a interferência direta no consumo, a bomba injeta um volume maior de biodiesel. Este fato fica evidente na Figura 6, onde inicialmente o B0 para baixas rotação tem consumo baixo (125 kg/kW), enquanto que o B100 inicia com um valor bem acima (275 kg/kW), a curva parece deslocada em ambas as amostras porém se comparada em altas rotações (2725 rpm) a diferença entre eles alcança cerca de 13% mais consumo de B100. 1500 2000 2500 3000 250 300 350 400 Consumo(kg/kW) Rotação (rpm) B0 B100 Figura 6. Gráfico de Consumo (kg/kW) X Rotação (rpm), para B0 e B100. Figure 6. Graph of Consumption (kg / kW) X Speed (rpm) for B0 and B100 Com o aumento das concentrações de Biodiesel na mistura para elevadas rotações também se eleva o consumo, este tem o seu valor máximo para 2800rpm cerca de 380kg/kW no B75, enquanto que para o B5 esse valor se aproxima de 320(kg/kW).(ver Figura 7).
  5. 5. Figura 7. Gráfico de Consumo (kg/kW) X Rotação (rpm), para B5-B75. Figure 7. Graph of Consumption (kg / kW) X Speed (rpm) for B5- B75. Desempenho do B50 no Gerador Heimer. Partindo dessas analises, avaliamos o desempenho do B50 no gerador Heimer 740W (Figura 1), desta forma a usina/gerador foi abastecido com essa mistura. Primeiramente se misturou o diesel comercial com o biodiesel fabricado, para que houvesse uma melhor interação entre ambos, visto que estes apresentam uma diferença de viscosidade notável (JURLIN XUE, 2011), podendo assim gerar uma decantação do Biodiesel mais denso, este fato fica evidente no teste realizado em bancada (Figura 8). Figura 8.Teste de bancada: 1-B100, 2-B0 e 3- Mistura sem agitação de B50. Figure 8. Test of bench: 1-100-B, 2-B 0 and 3 - B50 mixture without stirring. O diesel comercializado no Brasil já apresenta 5% em volume de Biodiesel, o que significa que dos 40L adicionados, 2L deste já eram Biodiesel de uma fonte desconhecida. Desta forma para que se obtivesse uma consonância aproximada de B50, optou-se por usar 36L de biodiesel que como mais 2L já presentes no Diesel totalizaram 38L, sendo o restante diesel, com isso o volume total final ficou em torno de 76L. A mistura de combustível foi diretamente adicionada ao tanque, que por sua vez ficou ligado em torno de 12 horas consecutivas. (Figura 3) 1650 2000 2500 2800 0 100 200 300 400 B5 B15 B25 B50 B75 Consumo(kg/kW) Rotação (rpm )
  6. 6. 7° CONGRESSO INTERNACIONAL DE BIOENERGIA SÃO PAULO – SP - 30 DE OUTUBRO A 01 DE NOVEMBRO DE 2012 Figura 3. Adição do B50 no tanque do Gerador. Figure 3. Addition of B50 in the tank generator. Os resultados obtidos, com um total de 12 horas de funcionamento interrupto, apresentaram bom desenvolvimento, o motor não perdeu força de torque em nenhum momento. Contudo com os testes de desempenho realizados se aconselha que a mistura ideal para o funcionamento de um motor de 4 tempos seja de 15-25% de Biodiesel. CONCLUSÃO As analises de consumo e potência nos permitem concluir que ainda há muito para se estudar os efeitos das misturas Diesel/Biodiesel, porem já é possível estimar o percentual ideal dessa mistura que se encontra na faixa de B15 e B25, visto dentro desse panorama a mistura é capaz de atender as exigências mecânicas necessárias para um bom funcionamento do motor sem afetar as seu desempenho. O teste com B50, no gerador Heimer da Usina da UnB/FGA, no que diz respeito ao seu funcionamento não acarretou grandes prejuízos imediatos, contudo ao se desligar o gerador passando cerca de 24hrs sem uso ao retornar as atividades percebe-se uma dificuldade de partida a frio e um notável aumento de consumo. Por isso futuramente quando abastecido novamente o gerador vai se optar para um percentual menor de Biodiesel utilizaremos o B20, devido a segurança que estes mostraram nos testes realizados de consumo e potência. Uma analise complementar que pode ser feita é o estudo das emissões das diferentes misturas, pois assim teremos base para afirmar qual o bicombustível mais sustentável, visto que um dos interesses na utilização da mistura é um combustível mais limpo ecologicamente. AGRADECIMENTOS A Faculdade do Gama (UnB), ao departamento de Engenharia de Energia,ao Decanato de Assuntos Comunitários DAC-UnB, pelas bolsas concedidas e ao Decanato de Ensino de Graduação pelo apoio concedido. REFERÊNCIAS ABNT NBR 1585 (Associação Brasileira de Normas Técnicas) - Padrão brasileiro adotado para homologação de potência de veículos comercializados no Brasil. BUENO, A. V. Analise da operação de motores diesel com misturas parciais de biodiesel. Campinas: UNICAMP, 2006. JILINXUE, T.E.; Effect of Biodiesel on Engine Performance and Emissions. Renewable and sustainable Energy Reviews, Vol.15, 2011. LEMES, R. M.(2012). Avaliação de Desempenho de Biodiesel da planta piloto da UnB. Brasília, 4 julho de 2012. Engenharia Mecânica, UnB. 2012. RESOLUÇÃO N°6. Conselho Nacional de Politica Energetica, 2009. Disponovel em: < http://nxt.anp.gov.br/NXT/gateway.dll/leg/folder_resolucoes/resolucoes_cnpe/2009/rcnpe%206%20- %202009.xml>. Acesso em: jun. 2012.

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