Emissões de óxidos de nitrogênio

Os resultados referentes às emissões específicas de óxidos de nitrogênio são apresentados nas Figuras 6.16 e 6.17.

Figura 6.16 – Emissões específicas de óxidos de nitrogênio em função da temperatura dos gases de exaustão.

É possível notar duas regiões distintas no gráfico, uma dela com maiores índices de emissões, correspondente aos ensaios com borboleta aberta, e outra com menores índices de emissões, correspondente aos ensaios com borboleta parcialmente fechada. A formação dos compostos NOx está relacionado a temperatura durante o processo de combustão. Estratégias de combustão de baixa temperatura apresentam proeminentes benefícios, como a redução dos óxidos de nitrogênio, sendo que quando usado álcool, a energia consumida para sua vaporização faz com que a temperatura da chama seja reduzida [Nour et al., 2017]. Como consequência disto a temperatura dos produtos da combustão também é reduzida, em relação à condição de operação original com diesel. Este fundamento explica o comportamento apresentado na Figura 6.16.

Com o aumento da fração de água no etanol, há tendência da redução das emissões de NOx pois a água possui calor latente de vaporização ainda maior que o etanol, isto é, reduz mais ainda a temperatura durante a combustão. Nour et al., 2017, obtiveram menores temperaturas da chama com o uso de maiores parcelas de água no etanol do que quando usou somente etanol por fumigação. Como consequência também obteve menores emissões de NOx com uso de água.

2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 360 380 400 420 440 EN O x , g /k W h T_g, °C E100W0_BA E100W0_BF E90W10_BA E90W10_BF E80W20_BA E80W20_BF E70W30_BA E70W30_BF Testemunha: ENOx= 4,92 g/kWh BF BA

(a) (b)

(c) (d)

Figura 6.17 – Emissões específicas de óxidos de nitrogênio: (a) E100W0; (b) E90W10; (c) E80W20; (d) E70W30.

Nota-se na Figura 6.17 que as emissões específicas de óxidos de nitrogênio são menores nos ensaios em que a borboleta é mantida parcialmente fechada. Jamuwa et al., 2016, e Mariasiu et al., 2015, citam que as emissões de NOx dependem também da concentração de oxigênio na câmara de combustão. Neste caso, com as maiores temperaturas dos produtos da combustão obtidas ao usar a borboleta parcialmente fechada (mostradas na Figura 6.11) a tendência seria a ocorrência de aumento das emissões, o que não correu, pois a redução da vazão de ar implica também em redução da disponibilidade de oxigênio na câmara de combustão para a produção de NOx. Portanto, nota-se que a menor quantidade de oxigênio disponível, quando a borboleta estava parcialmente fechada, teve maior influência para a redução das emissões de NOx do que a redução das temperaturas da carga admitida, indicando que pode haver predominância da formação pelo mecanismo de Fenimore, mecanismo intermediado por N2O, ou pelo nitrogênio presente no combustível, em relação ao mecanismo de Zeldovich. 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 EN O x , g /k W h E100W0_BA

E100W0_BF E90W10_BAE90W10_BF

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,0 0,2 0,4 0,6 EN O x , g /k W h FEE E80W20_BA E80W20_BF 0,0 0,2 0,4 0,6 FEE E70W30_BA E70W30_BF

6.5 Conclusões parciais

Após análise dos dados apresentados nos resultados, verifica-se que o uso de etanol e etanol-água em um motor de ignição por compressão pelo método de fumigação, apresenta vantagens e desvantagens em relação a operação original com diesel. A restrição do fluxo de ar que entra no motor também demonstra significativa influência no desempenho do mesmo. Neste sentido, algumas conclusões são:

a) Há redução na temperatura da carga admitida pelo motor quando usado etanol ou etanol-água, reforçando a afirmação encontrada na literatura que o calor necessário para vaporização do etanol pode afetar o desempenho da combustão e do motor. Ao fechar parcialmente a borboleta, menor vazão de ar fica disponível, levando a redução ainda maior da temperatura da mistura ar-etanol.

b) O uso de etanol aumenta a eficiência da conversão da mesma forma que relatado na maioria das publicações consultadas, entretanto, a redução da vazão de ar que entra no motor provoca redução desta eficiência, atribuída a provável combustão incompleta.

c) Há também aumento do consumo específico ao usar o etanol, mas aumento quando o fluxo de ar é reduzido.

d) Da mesma forma que relatado na maioria dos resultados obtidos na literatura, há redução da temperatura dos produtos da combustão quando usado etanol, entretanto, a redução do fluxo de ar admitido causa aumento da temperatura destes produtos, como resultado do aumento da temperatura durante a combustão. A redução do excesso de ar causa elevação da temperatura de chama adiabática. e) A redução do fluxo de ar causa redução das emissões de óxidos de nitrogênio, o que

pode estar relacionado a menor disponibilidade de oxigênio. A queda da temperatura durante a combustão (indicada pela literatura), causada pela injeção de etanol ou etanol-água, também inibe a formação de NOx.

f) O comportamento das emissões de CO mostrou-se inverso em relação ao uso da restrição de ar enquanto para o NOx este comportamento segue a mesma tendência com borboleta aberta e com borboleta parcialmente fechada.

g) A opacidade dos produtos da combustão é reduzida com o uso de etanol ou etanol- água, como previsto na literatura, mas aumenta com a redução do fluxo de ar admitido.

Observa-se na literatura que resultados divergentes são apresentados pelos diversos estudos realizados, para os quais foram usados diferentes tipos de motores em relação a sua construção, tamanho, razão de compressão, tipo de refrigeração e outras características. Portanto, é possível dizer que o uso do etanol ou de misturas etanol-água por fumigação nos motores pode ser mais eficiente, explorando condições operacionais diferentes, não dependendo exclusivamente de propriedades dos combustíveis e da mistura. Por fim, os resultados foram satisfatórios, indicando a viabilidade do uso de etanol e etanol-água em motores de ignição por compressão, auxiliando na redução da dependência de combustíveis fósseis e emissões de gases poluentes. Além disso, o uso de etanol-água indica a possibilidade de redução de custo da destilação do etanol.

7

ANÁLISE DA COMBUSTÃO EM MOTOR DE IGNIÇÃO POR

COMPRESSÃO OPERANDO COM FUMIGAÇÃO DE ETANOL

(MOTOR AGRALE)

Para avaliação de diversas hipóteses apresentadas na literatura em relação ao comportamento da operação de um motor de ignição por compressão operando com fumigação de etanol, faz-se necessário o estudo dos parâmetros da combustão, que podem ser analisados a partir do levantamento da curva de pressão dentro do cilindro. Na pesquisa apresentada neste capítulo, buscou-se por meio desta curva determinar, por exemplo, a taxa de liberação de calor, o atraso na ignição, a duração da combustão e outros parâmetros que poderiam servir como base, inclusive para explicação dos resultados apresentados nos capítulos anteriores. As condições ensaiadas incluíram apenas o uso do etanol sem adição de água e sem restrição de ar na admissão.