Define LEONTSINIS (1988) que o número de cetanos (NC) de um óleo combustível caracteriza o “retardo de ignição”2, que é um curto período de tempo que decorre entre o momento da introdução das primeiras gotículas de combustível injetado na câmara de combustão e o instante em que se inicia o processo de combustão propriamente dito. Quanto maior o retardo de ignição tanto maior será a quantidade de combustível que se acumula na câmara, antes da combustão, podendo-se produzir um efeito semelhante à detonação dos motores de ignição por centelha elétrica.
2 Os termos: “atraso de combustão”, “atraso de ignição”, “retardo de combustão” , e “retardo de
Quanto maior o NC, menor será o retardo de combustão e, consequentemente, menor será a quantidade de combustível na câmara de combustão quando ocorrer a ignição. O número de cetanos pode ser aumentado pela aditivação com os elementos químicos corretos em natureza e em dosagem, como o nitrato de amila.
TAYLOR apud IÇINGÜR et al (2002), determina que numa escala de 0 a 100 convencionada, o óleo diesel derivado de petróleo deve apresentar um número de cetanos entre 45 e 55 para que a combustão se processe de uma maneira otimizada mas estabelece que, para motores de baixa rotação, podem ser usados combustíveis com número de cetano de até 35. O número de cetanos é função de muitas características dos combustíveis, tais como: temperatura de ignição, viscosidade, calor específico e composição química. O retardo da combustão deve permitir que, após a injeção, haja a dispersão do combustível na câmara formando uma mistura ar/combustível de composição adequada que promova o desenvolvimento de uma queima gradual e controlada, com gradientes de pressão e temperatura limitados.
Segundo GIACOSA (1964) a turbulência do ar, a pressão do sistema de injeção, a forma do jato combustível, o tipo de câmara de combustão e a temperatura do combustível injetado são fatores que influenciam a forma de desenvolvimento da combustão dos motores de ignição por compressão.
LILJEDAHL et alii (1984) relatam que o NC depende da composição química e que, em geral, os combustíveis com alto NC permitem que o motor apresente boas características de partida a baixas temperaturas e um rápido aquecimento sem explosões nem fumaça branca, reduzindo a formação de depósitos de verniz e carvão e a detonação no motor diesel.
Para OBERT (1971) o nome atraso de ignição é consignado para o tempo consumido pelos atrasos físico e químico, sendo que para combustíveis leves o retardo físico da combustão é pequeno, enquanto que para os combustíveis pesados, mais viscosos, o atraso físico pode ser o fator controlador da combustão. O retardo físico é reduzido pelo uso de altas pressões de injeção e elevada turbulência para facilitar a dispersão do jato. O retardo da ignição é mais curto que a duração da injeção.
Define LEONTSINIS (1988), os quatro estágios em que a combustão nos motores diesel se realiza:
• retardo de ignição (físico e químico); • aumento rápido de pressão;
• elevação de pressão gradual ou controlada; • queima no curso de expansão.
No motor diesel, os processos físicos incluem o transporte do combustível e do ar para o motor, a mistura de ambos e o fornecimento de condições favoráveis à reação química. A duração do retardo entre a injeção e a ignição é controlada pelo projeto do motor, a temperatura do ar e do combustível, a composição e o grau de atomização do combustível. Os hidrocarbonetos constituintes do combustível diesel afetam o processo de combustão. O número de cetanos é elevado pelo teor de hidrocarbonetos parafínicos no combustível.
Para TAYLOR apud IÇINGÜR et al (2002), a variação do número de cetanos permite uma forma de determinação das características de rotação do motor. Um incremento no número de cetanos afeta a eficiência da
combustão e assegura facilidade de partida do motor. Porém, para um número de cetano elevado, o retardo de ignição é demasiado curto para a dispersão do combustível na câmara de combustão, conduzindo à redução da eficiência do motor e ao aumento na produção de poluentes. Ainda, em casos de cetano reduzido, a partida do motor é dificultada e pode levar o motor à condição de “batida” com efeitos bastantes similares à detonação dos motores de ignição por centelha elétrica (motor de ciclo Otto).
NWAFOR et alii (2000) relataram a redução do período de retardo da combustão de um motor alimentado por óleo de colza puro quando o ponto de injeção foi avançado em mais 3,5°, além do recomendado para uso do óleo diesel, porém com um ligeiro aumento de consumo de combustível.
KIDOGUCHI et alii (2000) apresentaram como resultados de seus experimentos que um elevado número de cetanos causa pequenos retardos de combustão e de calor liberado nos estágios iniciais da combustão e uma longa duração da combustão. Em motores de baixa rotação podem ser usados combustíveis com NC de até 35, apresentando-se assim uma abertura para a aplicação dos óleos vegetais: “combustível para motores de baixa rotação”.
GÖERING et alii apud RAO & MOHAN (2002) relataram que os diferentes óleos vegetais apresentam um número de cetanos aceitável, numa faixa entre 35 e 45.
A Figura 2 apresenta, de forma esquemática, os estágios característicos do processo de desenvolvimento da combustão num motor de ignição por compressão.
Formação da mistura
Retardo físico Retardo químico Combustão final
Mistura do combustível líquido com o ar Mistura do vapor de combustível com o ar Vaporização do combustível Atomização do combustível Oxidação pré-chama do combustível Ignição local Inflamação Oxidação das misturas combustível/ar Decomposição térmica do combustível Mistura dos produtos de oxidação parcial ou de decomposição térmica Temperatura e concentração de Oxigênio favoráveis à combustão completa Temperatura e concentração de Oxigênio desfavoráveis à combustão completa Produtos de combustão completa Produtos de combustão incompleta
FIGURA 2 – Processo de combustão característico de um motor de ciclo diesel (adaptado de ELLIOT apud OBERT, 1971).
Ainda, segundo LEONTSINIS (1988), a combustão no motor diesel se dá em alguns milésimos de segundo, quando o combustível deve ser misturado com o ar, vaporizar-se, sofrer auto-ignição e queimar-se completamente. A necessidade de uma boa vaporização e de boas características de auto-ignição são muito importantes durante o período de
partida quando a temperatura no cilindro é baixa. Uma vez aquecido o motor, a temperatura geralmente é suficiente para rapidamente vaporizar o combustível e provocar a combustão espontânea.
2.6. Experiências anteriores de utilização de óleos vegetais em