A técnica de fumigação usando etanol/água em um motor de ignição por compressão mostrou-se de simples aplicação, para a condição de carga e rotação constantes, pois não necessita de alterações na estrutura física do motor nem exige gerenciamento sofisticado de injeção de combustível. Assim, torna-se uma alternativa para uso em geradores e motores estacionários que utilizam óleo diesel, buscando uma alternativa para substituição, pelo menos parcial, desse combustível fóssil. No entanto, existe a necessidade de avaliar cada modelo de motor distintamente, considerando as suas particularidades. As principais conclusões obtidas nesta etapa da pesquisa foram:
a) O uso da fumigação para substituição do óleo diesel por misturas de etanol e água causou aumento da eficiência energética em todos os casos avaliados.
b) O aumento da fração de água nas misturas causou redução das eficiências de conversão termoelétricas.
c) Há uma diminuição no consumo específico de combustível para todos os casos avaliados, em relação ao ensaio testemunha.
d) A opacidade do gás de exaustão foi reduzida com a fumigação das misturas de etanol/água; maiores frações de água causaram maior redução da opacidade da fumaça.
e) A temperatura dos gases de escape foi reduzida com a maior substituição do óleo diesel.
Os presentes resultados mostram que a fumigação de misturas de etanol/água em um motor de ignição por compressão é uma técnica viável, principalmente porque não provoca redução de desempenho e reduz a opacidade. Além disso, considera-se positivo substituir um combustível fóssil por um renovável. Entretanto, para conclusões mais afirmativas outras análises devem ser realizadas, principalmente em relação as emissões de gases.
6
FUMIGAÇÃO DE ETANOL COM ELEVADA CONCENTRAÇÃO
DE ÁGUA EM MOTOR DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO: EFEITOS
DA RESTRIÇÃO DE AR
A presente pesquisa buscou analisar as características de desempenho e emissões do conjunto motor-gerador apresentado na metodologia, ainda operando em modo bicombustível pelo método da fumigação, porém, sob condições de redução do fluxo de ar admitido. Para isto, foi instalado um sistema de borboleta no coletor de admissão. Além dos testes utilizando misturas de etanol hidratado com água, como os mostrados no capítulo 5, também foi testada a condição apenas com etanol, sem adição de água. Ressalta-se também que, após a análise dos resultados mostrados no capítulo 5, optou-se por não utilizar, nestes ensaios, o tempo de injeção de 7.00 milissegundos, pois se notou redução significativa da eficiência de conversão termoelétrica
6.1 Montagem experimental e instrumentação
A Figura 6.1 mostra a montagem experimental preparada para a execução dos ensaios que deram origem aos resultados apresentados neste capítulo.
Os componentes na Figura 6.1 são: (1) motor de ignição por compressão; (2) alternador; (3) medidor de fluxo de ar; (4) bico injetor para fumigação; (5) válvula reguladora de pressão do etanol; (6) bomba de óleo diesel; (7) bomba de etanol; (8) reservatório de óleo diesel; (9) reservatório de etanol; (10) balança do óleo diesel; (11) balança do etanol; (12) linha de alimentação de óleo diesel; (13) linha de retorno de óleo diesel; (14) linha de alimentação do etanol; (15) linha de retorno do etanol; (16) bico injetor de óleo diesel; (17) analisador de energia; (18) sensor de velocidade angular; (19) unidade de comando eletrônico; (20) multímetro; (21) medidor de temperatura; (22) opacímetro; (23) analisador de gases; (24) bomba injetora.
Alguns instrumentos e equipamentos utilizados nestes ensaios já foram apresentados no capítulo 5, como por exemplo: o sistema de fornecimento de etanol; a unidade eletrônica de comando FT300; o opacímetro; o termopar tipo K; o analisador de energia para medição da carga. O conjunto motor-gerador-carga também é o mesmo apresentado no capítulo 4. Durante todos os ensaios a velocidade angular do motor foi mantida em aproximadamente 2560 rpm, necessária para que o alternador produzisse energia na frequência de 60 Hz, bem como a carga foi mantida constante em aproximadamente 6.0 kW (carga elétrica do alternador), com incerteza máxima de 0,03 kW e desvio padrão entre todas amostragens igual a 0,034 kW (0,55%).
Para medição da vazão de ar admitido pelo motor, instalou-se um medidor do tipo fio quente, que possui aplicação em veículos rodoviários convencionais, fabricante BOSCH, modelo PBT-GF30. Seu sinal de saída é variável entre 1 e 5 Volts em função da vazão mássica de ar que passa por ele. O sensor juntamente com seu invólucro foi instalado como primeiro componente no duto de admissão, como pode ser visto na Figura 6.2.
Antes de seu uso, o medidor de fluxo de ar (MAF) passou por um processo para levantamento da curva de vazão mássica por tensão de saída, como mostrado no Apêndice D. Outro detalhe modificado na montagem apresentada na Figura 6.2 em relação à Figura 5.2 foi a posição do bico injetor de fumigação, que anteriormente encontrava-se de forma perpendicular ao coletor (fluxo) e passou a ter uma inclinação de 45°, visando melhorar a mistura entre o ar e o combustível fumigado. Visando garantir a circulação de óleo diesel em regime permanente entre a linha de retorno e o reservatório, instalou-se um sistema de bombeamento também para este combustível, mantendo assim a linha de alimentação de óleo diesel, antes abastecida por gravidade, em um nível de pressão baixo. A bomba utilizada foi uma veicular, semelhante a aplicada no bombeamento do etanol, citada no capítulo 5.
Figura 6.2 – Montagem do coletor de admissão.
A medição da massa de óleo diesel e do combustível fumigado foi realizada com uso de duas balanças, sobre as quais estavam dispostos os respectivos reservatórios. As bombas de combustíveis estavam imersas nos reservatórios e foram montadas junto com as linhas de alimentação e retorno, de forma a não exercer alguma carga sobre as balanças. A montagem realizada é mostrada na Figura 6.3. Os dados técnicos das balanças são apresentados na Tabela 6.1. Durante os ensaios o tempo foi cronometrado e assim, de posse do valor da massa consumida, pode-se calcular a vazão de combustíveis.
Tabela 6.1 – Dados técnicos das balanças para medição do consumo de combustível.
Característica Dado Fabricante/modelo Marte/As5500c Carga máxima 5000 g Resolução 0,01 g Incerteza 0,5 g Bico injetor para fumigação Duto de admissão já dentro do cabeçote Válvula de admissão Entrada de ar atmosférico Medidor de fluxo de ar Borboleta para restrição de ar
Figura 6.3 – Montagem experimental das balanças.
Usando um analisador de gases foi possível obter a concentração de monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx) nos gases de exaustão. O analisador, modelo Green Line 8000 apresenta, para os gases acima e na faixa medida, resolução de 1 ppm, e sua incerteza na medição é de 4% tanto para CO como para o NOx na faixa de valores medidos. Também foi avaliada a opacidade dos gases, utilizando o mesmo opacímetro já apresentado no capítulo 5.