Análise experimental do consumo de um veículo flex operando com diferentes misturas de gasolina/etanol em tráfego urbano

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ENGENHARIA MECÂNICA

ANÁLISE EXPERIMENTAL DO CONSUMO DE UM VEÍCULO FLEX OPERANDO COM DIFERENTES MISTURAS DE GASOLINA/ETANOL EM TRÁFEGO

URBANO

Dissertação submetida à

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

como parte dos requisitos para a obtenção do grau de

MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA

FÁBIO PIMENTA DE LIRA

FRANCISCO DE ASSIS OLIVEIRA FONTES ORIENTADOR

LÚCIO ÂNGELO DE OLIVEIRA FONTES COORIENTADOR

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AGRADECIMENTOS

À minha esposa Joelia Williane por tudo o que representa na minha vida, pelo incentivo, dedicação e paciência.

Ao meu orientador Prof. Dr. Francisco de Assis Oliveira Fontes pelo incentivo constante e pelo tempo dedicado aos experimentos, sempre debatendo e sugerindo ações para o enriquecimento do trabalho.

Ao grande amigo Walcker Gomes pelo apoio e incentivo nos momentos difíceis. Ao engenheiro Luís Henrique Gonçalves Costa pelo grande incentivo para a realização e conclusão desse mestrado.

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RESUMO

O presente estudo trata de uma análise, em caráter experimental, do consumo de combustível de um veiculo Flex, operando com diferentes misturas de gasolina e etanol em tráfego urbano, o que permite obter resultados mais condizentes com a realidade do motorista. Haja vista que a maioria dos proprietários desconhece a possibilidade de misturar os combustíveis no momento do abastecimento, possibilitando assim a escolha mais economicamente viável da mistura gasolina/etanol, acarretando numa redução dos custos e, possivelmente, uma diminuição nos índices de emissão de poluentes. Atualmente, existe um mito criado pela população que o abastecimento com etanol só se torna viável caso o valor deste não ultrapasse 70% do valor da gasolina comum. Entretanto os veículos com essa tecnologia possibilitam operar com qualquer percentual de mistura no tanque de combustível, porém, hoje, muitos dos proprietários desses veículos não utilizam esse recurso com eficiência, por desconhecerem essa possibilidade de mistura ou pela razão de não existir um estudo mais profundo em relação ao percentual ideal da mistura que proporcione um maior rendimento com um custo inferior ao proposto pelos fabricantes.

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ABSTRACT

This study is an analysis, on a trial basis, the fuel consumption of a Flex vehicle, operating with different mixtures of gasoline and ethanol in urban traffic, allowing more consistent results with the reality of the driver. Considering that most owners unaware of the possibility of mixing the fuel at the time of supply, thus enabling the choice of the most economically viable mixing gasoline / ethanol, resulting in lower costs and possibly a decrease in pollutant emission rates. Currently, there is a myth created by the people that supply ethanol only becomes viable if the value of not more than 70% of regular gasoline. However vehicles with this technology make it possible to operate with any percentage of mixture in the fuel tank, but today many of the owners of these vehicles do not use this feature effectively, because they ignore the possibility of mixing or the reason there is a deeper study regarding the optimal percentage of the mixture to provide a higher yield with a lower cost than proposed by the manufacturers

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 4.1 - Imagem do circuito de testes ... 22

Figura 4.2 - Fotografia do motor do veículo analisado ... 22

Figura 4.3 - Fotografia do motor analisador de gases SUN, modelo PGA-500 ... 25

Figura 5.1 - Gráfico do consumo médio de combustível das diferentes misturas ... 29

Figura 5.2 - Gráfico das distâncias percorridas em função das misturas ... 31

Figura 5.3 - Gráfico do custo das misturas por km rodado ... 33

Figura 8.2.1 - Fotografia do volume de gasolina para mistura E25 utilizado no teste de rodagem ... 45

Figura 8.2.4 - Fotografia do volume de etanol para mistura E50 utilizado no teste de rodagem.. ... 46

Figura 8.2.5 - Fotografia do volume de etanol para mistura E75 utilizado no teste de rodagem.. ... 46

Figura 8.2.6 - Fotografia do selo do INMETRO da bomba de etanol ... 46

Figura 8.2.7 - Fotografia do selo do INMETRO da bomba de gasolina ... 47

Figura 8.2.8 - Fotografia do consumo médio de combustível para mistura E25 ... 47

Figura 8.2.9 - Fotografia da velocidade média do percurso com a mistura E25 ... 47

Figura 8.2.10 - Fotografia do tempo e da distância percorrida com a mistura E25 ... 48

Figura 8.2.17 - Fotografia do Consumo médio de combustível para mistura E100 ... 51

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Figura 8.2.21 - Fotografia do volume de gasolina para mistura E50 utilizado no ensaio de

emissões de gases ... 53

Figura 8.2.22 - Fotografia do volume de gasolina para mistura E75 utilizado no ensaio de emissões de gases ... 53

Figura 8.2.23 - Fotografia do volume de etanol para mistura E50 utilizado no ensaio de emissões de gases ... 54

Figura 8.3.1 - Resultado da análise de emissões de gases da mistura E25 ... 55

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LISTA DE TABELAS

Tabela 5.1 - Preço médio dos combustíveis no RN ... 28

Tabela 5.2 - Consumo médio de combustível ... 28

Tabela 5.3 – Poder calorífico das misturas ... 29

Tabela 5.4 - Porcentagem da distância percorrida em relação à gasolina ... 30

Tabela 5.5 - Custo médio por quilômetro rodado ... 31

Tabela 5.6 - Porcentagem do custo do etanol nas misturas ... 32

Tabela 5.7 - Razão do preço da gasolina x custo por quilômetro ... 32

Tabela 5.8 - Porcentagem de CO2 emitidas pelo veículo ... 33

Tabela 5.9 - Porcentagens de CO emitidas pelo veículo ... 34

Tabela 5.10 - Porcentagem de monóxido de carbono corrigido por unidade volume ... 34

Tabela 8.1.1 - Leitura do computador de bordo para mistura E25 ... 42

Tabela 8.1.5 - Velocidade média real ... 43

Tabela 8.1.6 - Consumo médio real ... 43

Tabela 8.1.7 - Custo por quilômetro rodado ... 43

Tabela 8.1.8 - Custo médio de combustível por quilômetro rodado no RN ... 43

Tabela 8.1.9 - Porcentagem do custo do etanol nas misturas com gasolina ... 43

Tabela 8.1.10 - Razão do preço da gasolina x custo por quilômetro ... 44

Tabela 8.1.11 – Porcentagens de dióxido de carbono emitido pelo veículo ... 44

Tabela 8.1.12 - Porcentagens de monóxido de carbono emitido pelo veículo ... 44

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas AEAC - Álcool Etílico Anidro Combustível

AEHC - Álcool Etílico Hidratado Combustível

ANFAVEA - Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores ANP - Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis

ASG - Automated Sequential Gearbox (Caixa de Transmissão Sequencial Automatizada) CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente

ECU - Unidade de Controle do Motor

FFV – Flexible Fuel Vehicles (Veículos Flex)

INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia

INOVAR - AUTO - Programa de Incentivo à Inovação Tecnológica e Adensamento da Cadeia Produtiva de Veículos Automotores

INSPETRANS – Instituto de Pesquisa, Engenharia e Transporte LTDA IPI – Imposto sobre os Produtos Industrializados

OPEP - Organização dos Países Exportadores de Petróleo

PBEV – Programa Brasileiro de Etiquetagem de Veículos Leves de Passageiros e Comerciais Leves com Motores do Ciclo Otto

PFI – Port Fuel Injection (Sistema de Injeção Portátil)

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LISTA DE SÍMBOLOS

C - Consumo médio (km/l) d - Distância percorrida (km)

E18 - Gasolina pura com adição de 18% (v/v) de etanol anidro (adimensional) E25 - Gasolina pura com adição de 25% (v/v) de etanol anidro (adimensional) E50 - Gasolina pura com adição de 50% (v/v) de etanol anidro (adimensional) E75 - Gasolina pura com adição de 75% (v/v) de etanol anidro (adimensional) E100 - Etanol anidro (adimensional) PCI – Poder Calorífico Inferior (kJ/kg)

Pe - Preço do etanol (R$)

Pg - Preço da gasolina (R$)

V - Volume de combustível (L) Ve - Volume do etanol (L)

Vg - Volume da gasolina (L)

Vms - Valor médio da mistura (R$)

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ... 01

1.1. Objetivo do trabalho ... 02

1.2. Justificativas ... 02

1.3. Organização da dissertação ... 03

2. REVISÃO DA LITERATURA ... 04

2.1. Aspectos teóricos ... 04

2.1.1. Veículos com tecnologia Flex ... 04

2.1.2. Histórico dos automóveis Flex ... 05

2.2. Programas de redução de emissões de poluentes ... 08

2.2.1. Programas nacionais de redução de emissões de poluentes ... 08

2.2.2. Protocolo de Kyoto ... 09

3. ESTADO DA ARTE ... 11

3.1. Resumos dos experimentos ... 11

3.2. Princípio de funcionamento ... 18

4. METODOLOGIA ... 20

4.1. Procedimento experimental ... 20

4.1.1. Descrição dos equipamentos ... 20

4.1.2. Instrumentação do veículo ... 20

4.1.3. Preparação das misturas do teste de rodagem ... 21

4.1.4. Preparação das misturas para análise de gases ... 21

4.2. Descrição dos procedimentos de ensaio ... 21

4.2.1. Definição do circuito de testes ... 21

4.3. Definição dos testes de rodagem ... 23

4.3.1. Métodos para medição do consumo ... 24

4.3.2. Análise econômica do custo por km rodado ... 24

4.4. Definição da análise de gases ... 25

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 28

6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES ... 35

7. REFERÊNCIAS ... 37

8. APÊNDICES ... 42

8.1. Tabelas ... 42

8.2. Registros fotográficos ... 45

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CAPÍTULO 01

1. Introdução

Tem-se buscado nos últimos anos uma maior inserção dos biocombustíveis no segmento de transporte, visando à redução da dependência do petróleo e das emissões de CO2,

principal gás responsável pelo aquecimento global. O Brasil e os EUA são atualmente os maiores produtores e consumidores mundiais de etanol.

Nos EUA, o etanol é produzido a partir do milho apenas na forma anidra, sendo usado principalmente na mistura com a gasolina até o percentual de 15% em volume (E15) para veículos exclusivamente a gasolina. No Brasil, o etanol é produzido a partir da cana de açúcar, sendo usado na forma anidra na mistura com a gasolina e com percentuais de 18% a 25% em volume (E18 - E25) (ANP, 2011a). Ainda no Brasil, o etanol também é produzido em larga escala na forma hidratada, contendo de 4,0 a 4,9% v/v de água (ANP, 2011b), para uso em veículos Flex. Esses veículos podem funcionar com a gasolina adicionada de etanol anidro (E18 - E25), 100% de etanol hidratado ou misturas desses combustíveis (MELO et al., 2010; VICENTINI et al., 2011).

O Brasil e o EUA possuem a tecnologia Flex, sendo que, no caso americano, é permitido o uso da mistura com teor máximo de 85% de etanol anidro e 15% de gasolina adicionada em volume (E85), para melhor desempenho na partida a frio do motor. No caso brasileiro, os veículos Flex funcionam com o uso de até 100% de etanol hidratado. Existem iniciativas, a nível internacional, visando o aumento do percentual de adições de etanol anidro à gasolina, podendo chegar até 15% em volume de etanol anidro em alguns países, como nos EUA, ou até 25%, como é atualmente permitido para veículos no Brasil (MELO et al., 2010; VICENTINI, 2011).

Hoje o Brasil é o país líder mundial no uso de energia renovável em veículos. Onde em 2003, foi lançada, a tecnologia Flex para os veículos com ignição por centelha (BUCCI et

al., 2003; MARSON et al., 2003). Essa tecnologia permite a operação do veículo tanto com

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Com relação ao desempenho desses veículos, muitas pesquisas estão sendo feitas no país no sentido de se conseguirem melhores resultados de emissões e de consumo. (VICENTINI et al., 2005; AMORIM et al., 2005a;; BAÊTA, 2006;; MELO et al.,2010; COSTA et al., 2010; MACHADO et al., 2011).

1.1. Objetivos do trabalho

Esta dissertação de mestrado tem como objetivo geral identificar o consumo de diferentes misturas de gasolina/etanol, num automóvel equipado com motorização Flex, em trânsito urbano, tendo como objetivos específicos apontar um percentual que possa vir a proporcionar uma diminuição no custo por quilômetro rodado, e os seus respectivos valores de emissões de gases poluentes.

1.2. Justificativas

Desde o surgimento dos carros Flex, convencionou-se dizer que o abastecimento do etanol deixa de ser vantajoso quando o seu preço ultrapassa a margem de 70% do preço da gasolina. Esse cálculo é pouco preciso, pois o mercado automobilístico dispõe de veículos com diferentes características de motores, que podem influenciar diretamente no consumo de combustível.

Diante desse fato, surgiu a necessidade de fazer uma pesquisa mais aprofundada que mostrasse o percentual de mistura do etanol na gasolina, que proporcione o maior rendimento possível, com um custo inferior, se comparado com o uso da gasolina comum. Vale salientar que muitos proprietários desses veículos desconhecem outras possibilidades de misturas, acarretando num elevado custo por quilômetro rodado.

Além disso, a mistura da gasolina com o etanol pode reduzir consideravelmente os índices de emissões de poluentes causados pela combustão do combustível fóssil, uma vez que o etanol é um combustível originário de uma fonte renovável de energia, no Brasil, proveniente da cana de açúcar. Dessa maneira, o próprio plantio desse vegetal já contribui com a captação do CO2 presente na atmosfera terrestre, pois esse elemento é de fundamental

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1.3. Organização da dissertação

O Capítulo 2 apresenta um breve histórico de como surgiu a tecnologia Flex nos motores de combustão interna automotivos, o seu princípio de funcionamento e os programas de redução dos índices de emissão de poluentes dos veículos automotores.

O Capítulo 3 apresenta uma revisão bibliográfica e o estado da arte na área de experimentos em banco de provas e de modelagem de motores. São descritos experimentos em bancos de provas com o uso de misturas gasolina-etanol em diferentes percentuais e seus efeitos no desempenho e nas emissões de motores.

O Capítulo 4 descreve as metodologias usadas no trabalho e na realização dos experimentos. Estão incluídas informações da instrumentação do veículo e os seus dados técnicos, bem como a definição da rota dos testes, preparação das misturas de combustíveis e o método para a medição do consumo.

O Capítulo 5 apresenta os resultados e a discussão dos valores de consumo e de emissões obtidos com o uso de diferentes misturas de etanol hidratado na gasolina no circuito de testes.

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CAPÍTULO 02

REVISÃO DA LITERATURA

2.1. Aspectos Teóricos

2.1.1. Veículo com tecnologia Flex - História do Proálcool

O uso de etanol como combustível veicular no país ganhou grande impulso a partir de 1975 com o estabelecimento do Programa Nacional do Álcool – Proálcool. Nos primeiros anos, o programa incentivou a produção de etanol anidro (AEAC) para ser misturado à gasolina até um teor de 20% e, a partir de 1977, passou a promover também o uso puro de etanol hidratado (AEHC) como combustível veicular.

Em virtude da resistência inicial das montadoras de veículos em produzirem automóveis dedicados ao etanol, a primeira estratégia da coordenação do Proálcool, para disseminar a tecnologia proposta, foi promover a conversão de motores que originalmente operavam com gasolina para que funcionassem com etanol hidratado. Embora esse período de conversão de motores, juntamente com as frotas de demonstração estabelecidas na época, tenha ajudado a despertar o interesse do consumidor no uso de etanol hidratado como combustível veicular, somente a partir de 1979, com a assinatura de um acordo entre a coordenação do Proálcool e a Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores - ANFAVEA, é que se iniciou a produção de veículos originais movidos a etanol e o programa efetivamente deslanchou. (MELO et al., 2010; AMORIM et al., 2005).

O principal vetor de desenvolvimento da tecnologia de motores a álcool, na época, era o aumento de eficiência energética, coerente com os aspectos estratégico e econômico que pautaram a criação do Proálcool. Considerações de cunho ambiental não eram prioritárias, embora a característica do etanol como combustível renovável já fosse reconhecida e apontada como sendo uma qualidade importante.

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O Proálcool começou a entrar em crise a partir de 1987, momento em que o Estado aplicou apenas 3% dos investimentos totais do Programa, dando fim a paridade de preço de 64% entre o álcool e a gasolina, fator que desestimulou a expansão e a renovação dos canaviais. Outro aspecto que influenciou na queda do Programa foi a baixa do preço de petróleo juntamente com o aumento do valor do açúcar no mercado internacional. Devido a este último acontecimento, grande parte dos usineiros produtores de álcool passou a vender sua matéria-prima para a produção de açúcar no lugar do álcool, pois visava à exportação. (AMORIM et al., 2005)

No final da década de 80, quando ocorreu um desabastecimento parcial do mercado por oferta insuficiente de etanol, simultaneamente, com a queda dos preços do petróleo e a abertura do mercado nacional para veículos importados (principalmente a gasolina), a demanda por automóveis a etanol despencou, de modo que a partir de 1995, se manteve abaixo de 5%. As montadoras juntamente com os consumidores passaram a descrer no Proálcool, fato que favoreceu a queda brusca da produção deste automóvel a patamares bastante desestimulantes. (AMORIM et al., 2005; COSTA et al., 2010)

2.1.2. Histórico dos automóveis Flex

O carro Flex surgiu no ano de 1998 no país que mais consome combustíveis derivados do petróleo (EUA) com o intuito de amenizar a enorme dependência do petróleo fornecido pelos países que formam a Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP). Os principais fabricantes de automóvel dos Estados Unidos passaram a fornecer veículos, chamados de Flexible Fuel Vehicles (FFV), com capacidade de transitar com gasolina ou com etanol contendo 15% de gasolina. Nesse caso, o motorista tinha a liberdade de abastecer seu veículo com gasolina ou com E85, esse etanol possui o nome de E85, pois sua composição é de 85% de etanol e 15% de gasolina. (KOÇ et al., 2009.)

O carro Flex, fabricado no Brasil, pode utilizar o combustível E100. Esse álcool é do tipo hidratado, com 7% de água obtida pelo processo de destilação e 1% de gasolina para descaracterizá-lo como bebida alcoólica. Nos EUA, o álcool utilizado é o anidro (com 0,5% de água). Este álcool também é empregado no Brasil, mas para misturar com a gasolina unicamente, de 20% a 25%, por força de lei. (MELO et al., 2010; VICENTINI et al., 2011)

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equivalentes aos dos automóveis a gasolina. Essa tecnologia não logrou êxito naquele período devido a um sensor, responsável por detectar o teor dos dois combustíveis da mistura ser demasiado caro, o que o tornou inviável comercialmente. (VICENTINI et al.,2011).

O motor Flex lançado no Brasil é uma tecnologia brasileira inicialmente desenvolvida por um grupo de 35 especialistas nas áreas de química, de informática e de mecânica, coordenada pelo engenheiro Erwin Franieck. Eles foram responsáveis por criar o primeiro protótipo de carro Flex nacional, na década passada, em 1994, pela empresa de componentes automotivos da multinacional Bosch, filial localizada em Campinas e sede na Alemanha. (BOSCH, 2004; MELO et al., 2009; VICENTINI et al.,2011).

Na década anterior ao lançamento, os engenheiros da Bosch iniciaram uma retomada do projeto Flex estrangeiro. Esse fator obrigou a possibilidade dos veículos Flex substituírem os motores restritamente a álcool, representando certa atratividade e economia para as montadoras, pois não precisariam criar projetos em duplicata para veículos a álcool e a gasolina. (BOSCH, 2004)

A empresa desenvolveu seus estudos em meio à crise no abastecimento de álcool, no fim da década de 80, em um veículo 2.0 a álcool, a fim de torná-lo eficiente tanto com gasolina quanto com álcool. Esta foi uma forma de aproveitar a disponibilidade do álcool no Brasil sem espantar de novo o consumidor, devido aos problemas gerados pelo Proálcool. Os especialistas tiveram que fazer modificações no sistema de gerenciamento do motor, fazer modificações na geometria: trocar os pistões para elevar a taxa de compressão; tornar os materiais resistentes à corrosão do álcool; adequar o avanço da ignição, o sistema de partida e as velas da ignição ao uso dos dois combustíveis. (VICENTINI et al.,2011; ; MELO et al., 2009).

O avanço nos estudos do motor Flex, pela Bosch, se deu também devido ao intenso trabalho de pesquisa iniciado em 1982, com o desenvolvimento do sistema de injeção em motores ciclo Otto a álcool. Essa perquirição possibilitou posteriormente a produção do sistema responsável por adaptar de forma automática as condições de gerenciamento do motor para qualquer proporção da mescla de álcool e gasolina que estivesse no reservatório.

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rapidez, capaz de processar a informação enviada pelo sensor de oxigênio. A Bosch desenvolveu um tipo de software com esse intuito e, posteriormente, lançou o protótipo do carro Flex em 1994. (BOSCH, 2004; BUCCI et al.)

Apesar da possibilidade de se obter um carro no mercado capaz de rodar tanto com álcool como com gasolina, os fabricantes de automóveis não aceitaram de bom grado tal questão, devido à crise do álcool no fim dos anos 80 e a outros fatores como o reconhecimento da classificação fiscal, registro e o licenciamento dos novos veículos flexíveis. Entretanto a competição entre as empresas que pesquisavam tal tecnologia fez com que o projeto Flexfuel continuasse.

Logo, em 1999, outra importante empresa pesquisadora de tecnologia automobilística, a Magneti Marelli do grupo Fiat, localizada em Hortolândia - SP, anunciou dispor dessa tecnologia (100% brasileira) que possibilitava a identificação do combustível usado e a readaptação do motor para o funcionamento de forma normal. No ano 2000, os engenheiros dessa mesma empresa desenvolveram um algoritmo que calculava a composição do combustível com base nas informações colhidas pelos diversos sensores que os motores dos carros normalmente trazem. Desta maneira, foi possível aumentar a precisão do sistema Flex sem aumentar o custo. O primeiro modelo de veículo a usar a tecnologia dessa empresa foi o Gol Total Flex, lançado em março de 2003. (BUCCI et al., 2003; MARSON et al., 2003).

Por meio daqueles algoritmos foi criado o SFS – Software Flexfuel Sensor, um poderoso programa desenvolvido especialmente para o veículo Flex e instalado em um chip no centro da UCE. Esta tecnologia permite o uso de álcool, gasolina ou qualquer proporção dos dois carburantes, sem elevar a emissão de poluentes ou perder potência, fatores que agradam tanto consumidores quanto ambientalistas. Isto é possível graças a informações recebidas pelos sensores instalados em todo o sistema de combustível, tais como, a sonda de oxigênio, sensor de rotação, sensor de temperatura, de detonação e de velocidade. (BOSCH, 2004; VICENTINI et al., 2011)

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2.2. Programas de redução de emissões de poluentes

2.2.1. Programas nacionais de redução de emissões de poluentes

A crescente preocupação com a eficiência energética tem resultado em programas de redução das emissões de veículos automotores e programas de desperdício de energia, sendo a matéria objeto de normatização pelo poder público há algumas décadas, de tal forma que a legislação do setor tem se consolidado de maneira progressivamente abrangente. (GREENPEACE BRASIL, 2013).

No mesmo sentido, a crescente conscientização acerca dos danos causados pela poluição atmosférica à saúde e ao bem estar da população teve como consequência a instituição do PROCONVE, Programa de Controle de Poluição do Ar por Veículos Automotores. Através da progressividade de etapas, nas quais, já foram implementadas em seis fases para veículos leves e pesados, o PROCONVE estabelece limites às emissões poluentes dos veículos novos, de modo que todos os modelos de automóveis do mercado brasileiro são ensaiados durante sua homologação obrigatória, para atestar seu atendimento aos tetos máximos de emissões. Importante avanço nesse sentido é o credenciamento, pelo INMETRO, de instalações laboratoriais que alcançaram um nível necessário e suficiente à realização de ensaios de motores regularmente de forma independente. (CONAMA, 2002)

O PROCONVE estabelece níveis máximos de emissão para homologação, cujo desatendimento leva à transgressão legal. Os indicadores de consumo, por sua vez, não se encontram limitados, podendo ter uma ampla variação. A ideia de que os motores mais eficientes são também os menos poluentes e quando se trata das emissões de CO2 é

incontestável.

Em novembro de 2008, foi aprovado, por meio da portaria INMETRO nº 391, o Regulamento de Avaliação da Conformidade para Etiquetagem de Veículos Leves de Passageiros e Comerciais Leves com Motores do Ciclo Otto - PBEV, estabelecendo o programa voluntário de etiquetagem veicular. Sob a coordenação do INMETRO, o PBEV foi implementado em 2009, contando com a participação de cinco montadoras. (VICENTINI P.C., 2011).

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vendidos no país entre os anos de 2013 a 2017 e prevê um desconto de 30 pontos porcentuais no IPI para montadoras que aderirem ao programa. Para ter direito ao incentivo, no entanto, os interessados devem cumprir uma série de contrapartidas, que vão aumentar gradualmente a partir do início do programa. (VICENTINI P.C., 2011).

As medidas introduzidas pelo Programa Inovar-Auto concedem benefícios para as empresas que estimularem e investirem na inovação e em pesquisa e desenvolvimento dentro do Brasil. O novo regime prevê ainda a concessão de créditos presumidos adicionais de IPI para incentivar as empresas a extrapolarem as metas estabelecidas para habilitação ao Inovar-Auto.

O governo também estipulou um benefício de até dois pontos percentuais do IPI para os fabricantes que ultrapassarem a meta de habilitação, fixada em 1,82 MJ/km (melhoria de 12,08% em comparação com valores de 2011), como estímulo à eficiência energética. Esse desconto na alíquota do IPI é válido para o período entre 2017 e 2020, e será de um ponto percentual no caso das empresas atingirem a média de 1,75 MJ/km (15,46%) e de dois pontos percentuais, no caso de atingirem 1,68MJ/km (18,84%). A meta-alvo de 1,68MJ/km equivale à meta europeia de 2015 de 130g de CO2/km. (ANFAVEA, 2013)

2.2.2. Protocolo de Kyoto

O Protocolo de Kyoto foi o resultado da 3ª Conferência das Partes da Convenção das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas, realizada no Japão em 1997. Após discussões que se estendiam desde 1990, a conferência reuniu representantes de 166 países para discutir providências em relação ao aquecimento global.

O documento estabelece a redução das emissões de dióxido de carbono e outros gases do efeito estufa em 5,2% em relação aos níveis de 1990, até 2012. Um importante aspecto deste protocolo é que apenas os países ricos (listados no chamado Anexo I) são obrigados a reduzir suas emissões. Países em desenvolvimento, como o Brasil, grandes emissores de poluentes, não são obrigados. (GREENPEACE BRASIL, 2013; VICENTINI P.C., 2011).

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entanto, apesar de não ser obrigado, o Brasil assinou, em julho de 2002, uma carta de ratificação.

Com a implementação deste protocolo, uma nova moeda mundial entra em vigor: Os Créditos de Carbono, ou seja, quem diminuir os níveis de emissões além do necessário tem o direito de negociar as cotas excedentes, surgindo assim a comercialização da nova moeda na Bolsa de Mercadorias e Futuros. Em outras palavras, cada tonelada deixada de ser emitida ou retirada da atmosfera poderá ser adquirida pelo país que tem metas de redução a serem atingidas e neste ponto o Brasil se classificaria como grande investidor na área.

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CAPÍTULO 03

ESTADO DA ARTE

3.1. Resumos experimentais

A maioria dos artigos publicados na literatura internacional reporta experimentos sobre a adição do etanol anidro à gasolina. Sendo poucos, os trabalhos que indicam o uso de etanol hidratado. Entre os trabalhos nacionais, existem trabalhos que reportam resultados experimentais com o etanol hidratado. HSIEH et al. (2002) investigaram o efeito da adição de etanol anidro nos percentuais de 0%, 5%, 10%, 20% e 30% em um motor comercial. Foram verificadas alterações das propriedades da gasolina, tais como aumento da pressão de vapor até o percentual de 10% de etanol e o decréscimo de pressão para misturas acima desse valor. Com o aumento do percentual de etanol, houve redução significativa de CO e HC e aumento de CO2, devido à melhor combustão do motor. O artigo conclui que as emissões de NOx

dependem mais do regime de operação do motor do que do efeito da mistura de etanol. HE et al. (2003) se basearam no experimento de HSIEH et al. (2002) e também verificaram redução de HC e CO nos percentuais de 10% e 30% de etanol, porém verificaram aumento de emissões de etanol não queimado e acetaldeído. O artigo menciona que a eficiência do catalisador não é muito elevada para o etanol não queimado, podendo gerar problemas ambientais.

AL-HASAN (2003) utilizou 10 misturas de etanol anidro à gasolina, variando de 0% até 25% com incrementos de 2,5%, a fim de investigar o efeito do etanol no desempenho, no consumo e nas emissões de um motor Toyota, 4 cilindros, 1,4 L, com razão de compressão de 9:1 e potência de 52 kW em 5600 rpm. Os experimentos foram feitos em um dinamômetro hidráulico e o analisador de gases utilizado foi o modelo MGA 1200 da SUN, que utiliza um detector de infravermelho para medir CO, CO2 e THC. A razão ar-combustível foi ajustada

para maximizar a potência e os ensaios foram feitos em 1000, 2000, 3000 e 4000 rpm, na posição de ¾ de abertura de borboleta. Para cada ponto de operação, foram feitas 3 medições para se calcular a média dos dados experimentais.

Os resultados mostraram que a adição de etanol à gasolina aumentou a potência, o torque e a eficiência volumétrica e térmica, além de ter aumentado o consumo específico de combustível. Com relação às emissões, as concentrações de CO e HC foram reduzidas, enquanto a concentração de CO2 aumentou. A principal limitação dos trabalhos de HSIEH et

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valor de adição de etanol (25% a30%). Entretanto a constatação nesses trabalhos de tendência de redução de CO e HC e aumento de CO2 com a adição de etanol foi útil para esta presente

dissertação.

BUCCI et al. (2003) estudaram uma metodologia de programação para a central eletrônica do veículo, de forma a eliminar a necessidade de um sensor físico para a medição do percentual de etanol hidratado contido no tanque do veículo Flex. Esse sensor tinha como principal finalidade informar à central eletrônica o percentual da mistura nos instantes de partida a frio, pois devido à baixa temperatura a sonda lambda ainda não se encontra operacional nesses momentos. Foram feitos diversos ensaios experimentais em dinamômetro para a medição de consumo e emissões, além de ensaios de retomada de velocidade. O trabalho conclui que a estratégia adotada pelo programa foi capaz de predizer com precisão o percentual da mistura, substituindo assim a necessidade de instalação de sensor físico para instantes de partida a frio do motor.

MARSON et al. (2003) apresentaram algumas etapas referentes ao desenvolvimento do veículo GM Corsa 1.8, 8 válvulas, Flex, no período de 2002 a 2003. Foram realizadas modificações na central eletrônica do veículo (incluindo a elaboração de um programa para eliminação do sensor de etanol do tanque de combustível), no sistema de injeção, na razão de compressão, dentre outras. O trabalho concluiu que o veículo Flex modificado apresentou uma pequena melhora de desempenho em comparação ao veículo original a gasolina. Por não necessitar de componentes adicionais, o preço final do veículo foi mantido igual ao original a do veículo a gasolina.

AL-FARAYEDHI et al. (2004) pesquisaram diferentes tipos de combustíveis oxigenados (MTBE, metanol e etanol anidro) e verificaram a performance de um motor típico a gasolina. Cada um desses combustíveis foi misturado em três diferentes percentuais (10%, 15% e 20%). Nos ensaios, o ângulo de avanço foi maximizado para a obtenção do torque máximo em cada ponto de operação (MBT), com borboleta em abertura máxima (WOT) e lambda igual a 1. Os combustíveis oxigenados apresentaram uma eficiência térmica maior do que a gasolina de referência usada. Os melhores percentuais foram de 20% para o metanol e 15% para o etanol. Dentre os biocombustíveis, o metanol foi o que apresentou melhor desempenho.

(25)

de lambda informado pelo fabricante, para gasolina, etanol e GNV. As calibrações (mapas do motor) foram feitas para cada um dos combustíveis. Dentre os resultados foram obtidas diversas curvas otimizadas com a melhor relação entre torque, potência e consumo específico de cada um dos combustíveis.

AMORIM et al. (2005c) realizaram experimentos com gasolina E25 (25% de etanol anidro), etanol hidratado (com 6% de água), mistura de 50% gasolina E25 e 50% de etanol hidratado e GNV. O objetivo do trabalho era mostrar as diferenças de desempenho entre os combustíveis, considerando uma razão de compressão fixa de 11:1. O melhor resultado de potência foi obtido com o etanol hidratado, que também apresentou o pior resultado de consumo. O GNV apresentou o melhor resultado de consumo específico entre os combustíveis testados.

BAÊTA (2006) desenvolveu uma metodologia experimental para maximizar o desempenho de um motor multicombustível (etanol hidratado, gasolina e GNV) turbo-alimentado, sem prejudicar a eficiência global do motor. Um turbo-alimentador, uma central eletrônica programável e um kit de conversão para GNV de 5a geração (MELO et al., 2006b) foram instalados no motor, que foi calibrado para cada combustível, controlando-se a pressão de turbo-alimentação. Foram feitas medições de pressão no cilindro para análise dos parâmetros da combustão e de outras variáveis de desempenho do motor (potência, consumo etc.). Esse trabalho conclui que a aplicação da turbo-alimentação mostrou-se efetiva em permitir que se tire proveito das diferenças de propriedades entre os três combustíveis testados (etanol, gasolina e GNV). Foram obtidos desempenhos superiores com os combustíveis testados, sem variar a razão de compressão e sem prejuízo à eficiência global.

A principal contribuição dos trabalhos de AMORIM et al. (2005a, 2005b, 2005c) e de BAÊTA (2006) para uso nessa dissertação foi a explicação dos procedimentos de mapeamento do motor para condição de máximo torque. A principal limitação dos trabalhos foi a ausência dos resultados de emissões.

(26)

possibilidade de aumento da razão de compressão sem a ocorrência de detonação devido a maior octanagem do etanol.

VARDE et al. (2007) estudaram o efeito de misturas de etanol anidro à gasolina (E10, E22 e E85) nas emissões e nas taxas de liberação de energia em um motor com ignição por centelha. Foram feitos ensaios em duas rotações (2100 e 1500 rpm) e em 4 condições de carga (BMEP 1, 2, 3 e 4 bar). Segundo os autores, diversos estudos já foram feitos sobre a variação de consumo de combustível com a adição de etanol na gasolina, mas ainda não há consenso de resultados. Existe uma grande diferença quando a adição do etanol na gasolina ocorre em um motor não calibrado para a nova mistura, ou em um motor com capacidade de auto-calibração para o etanol.

Nos testes feitos por VARDE et al. (2007) a adição de etanol aumentou a eficiência térmica do motor apenas para a mistura E85. Na condição estequiométrica (λ=1), as misturas de etanol reduziram de maneira pouco significativa as emissões de CO. Com relação ao NOx,

não houve diferença significativa para os percentuais de 10 e 22%, porém houve redução significativa da emissão com o uso de E85, sendo explicado pelo fato do elevado calor de vaporização do E85 resultar em uma temperatura mais baixa na admissão. Também com o E85, a temperatura de chama adiabática foi menor, resultando numa menor temperatura na câmara de combustão, o que contribuiu para a redução do NOx. Com relação ao HC, não

houve variação significativa nos percentuais de E10 e E22, porém, com o E85 houve uma redução significativa. Esta mistura necessitou de muito tempo para desenvolver e estabilizar a chama na câmara de combustão, em comparação com a gasolina, em especial para pequenas cargas.

Um ponto importante do trabalho de VARDE et al. (2007), para esta dissertação, foi a constatação de diferenças de resultados de emissões com adição de etanol caso o motor seja calibrado ou não, para a nova mistura de combustível. Outro fator relevante foi que os autores não observaram diferenças significativas de CO e NOx com a adição de até 22% de etanol.

CELIK (2008) avaliou o desempenho de uma mistura com 50% de etanol (E50) em um motor com ignição por centelha com razão de compressão modificada de 6:1 para 10:1. Foi verificada uma redução significativa nas emissões de CO, CO2, NOx e HC quando do uso

de E50, além de uma redução de 3% no consumo específico.

(27)

com percentuais de 100, 70, 50 e 30% de E85 misturados à gasolina. Também foram utilizadas duas rotações de motor e duas condições de borboleta (WOT - máxima abertura e carga parcial). A configuração do sistema de injeção possibilitava o uso de qualquer combustível (gasolina, E85 e misturas de E85) de forma independente em cada um dos dois sistemas de injeção (PFI e DI) do motor.

Os resultados mostraram que, com a gasolina sendo injetada pelo sistema DI (injeção direta) e misturas de E85 pelo sistema PFI (injeção convencional – Port Fuel Injection), a pressão média efetiva (IMEP) aumentou com maiores percentuais da adição do E85 devido à redução da temperatura na admissão (permite aumento da massa de ar) e devido à combustão mais rápida do etanol. Porém, quando a gasolina foi injetada pelo sistema PFI e as misturas de E85 pelo sistema DI, não houve variação significativa de IMEP com o aumento da adição de E85. O trabalho também comparou dois modelos de cálculo de fração de massa queimada, sendo um pelo método de pressão do cilindro e outro pelo método de Rassweiller & Withrow (BALL et al., 1999) com um modelo linear politrópico.

YOUSUFUDDIN et al. (2008) pesquisaram em um motor monocilíndrico de razão de compressão variável, o efeito do avanço de ignição, razão de equivalência e razão de compressão no desempenho e nas emissões de poluentes com o uso de diferentes misturas de etanol anidro à gasolina (E0, E10, E25, E35 e E65). Foi utilizada uma rotação constante de 1500 rpm e abertura máxima de borboleta (WOT), sendo a alimentação de combustível do motor feita por um carburador. Foram utilizadas as razões de compressão de 9:1 e de 11:1 no estudo. A razão ar-combustível foi ajustada para permitir a máxima potência para gasolina. Os resultados mostraram que o menor consumo específico foi obtido com razão de compressão de 11:1 com gasolina pura e com 0,95 de razão de equivalência. Um maior percentual de etanol permitiu aumento do torque, em consequência do uso de maiores valores de avanço de ignição. As misturas de E35 e E65 reduziram significativamente as emissões de CO e HC.

(28)

temperatura na admissão do motor, aumentando a eficiência volumétrica. O artigo também comenta que, devido ao fato do poder calorífico do etanol ser menor do que o da gasolina, ocorre um aumento de consumo desse combustível para a geração da mesma potência.

Os resultados encontrados por KOÇ et al. (2009) mostraram que a adição do etanol aumentou o torque, a potência e o consumo de combustível, além de reduzir as emissões de monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx) e hidrocarbonetos (HC). Foi

verificado também que as misturas de etanol à gasolina permitiram o incremento da razão de compressão sem a ocorrência de detonação.

A principal aplicação dos trabalhos de KOÇ et al. (2009) e YOUSUFUDDIN et al. (2008) para esta dissertação é o fato de terem usado teores elevados de etanol (até 85%) com verificação experimental do aumento do torque, potência e consumo e redução de CO e HC, nos dois trabalhos, e também do NOx, no caso do trabalho de KOÇ et al. (2009). A principal

limitação dos trabalhos foi o uso de apenas uma condição de carga (borboleta em máxima abertura).

Existem diversos outros trabalhos experimentais sobre o uso do etanol anidro:

YÜKSEL et al. (2004) estudaram a aplicação do etanol em motores carburados. CEVIZ et al. (2005) estudaram a influência da adição do etanol na redução da variabilidade das curvas de pressão e nas emissões, sendo o percentual de 10% o de melhor performance.

YOON et al. (2009) também estudaram o efeito do etanol (E85 e E100) na melhora da variabilidade da combustão do motor, e concluíram que o etanol apresenta menores variações de curva de pressão e de IMEP em relação à gasolina.

MELO et al. (2010). O artigo apresenta dados experimentais utilizando gasolina, misturas de 50 e 80% de etanol hidratado à gasolina e etanol hidratado 100% em um motor TETRAFUEL FIAT 1,4 L com central eletrônica programável. Foram feitos ensaios em banco de provas para diferentes condições de operação do motor (lambda=1 e lambda=0,9). A medição da pressão no cilindro do motor foi feita por um sistema AVL Indimodul e a medição das emissões do motor foi realizada por um sistema da empresa HORIBA do tipo

on-board, modelo OBS2200 e capaz de medir CO2, NOx, CO e THC (hidrocarbonetos totais),

(29)

estudo mais aprofundado das emissões de THC quando do uso de elevados percentuais de etanol incluindo o uso de outra técnica de medição.

Em 2010, SANDSTROEM-DAHAL et al. (2010) investigaram as emissões de um veiculo Flex, usando E85 (85% de etanol anidro e 15% de gasolina) em ensaios de dinamômetro de chassi condicionado para diferentes temperaturas ambiente (+22°C e - 7°C). Segundo o artigo, para uma medição correta dos hidrocarbonetos totais (THC) com utilização de um analisador do tipo ionização de chama (FID), é necessário se calcular fatores de resposta do analisador para diferentes concentrações de etanol não queimado no escapamento. Dessa forma, a pesquisa recomenda o uso de um analisador de espectroscopia no infravermelho do tipo FTIR (Fourier Transform Infrared Analyzer), que é capaz de medir até 23 poluentes em tempo real incluindo os hidrocarbonetos, o etanol não queimado e os aldeídos. Foi usado o sistema de emissões FTIR AVL SESAM e foram obtidas boas correlações de aldeídos do equipamento, com o método HPLC (Cromatografia Líquida de Alta Eficiência). O método de cromatografia usa impingers (frascos) contendo solução líquida com mistura de acetonitrila e DNPH (2,4 –dinitro-fenil-hidrazina) (ABNT, 2009).

WALLNER et al. (2010) estudaram o efeito do uso de combustíveis oxigenados nas emissões de gases medidos com um equipamento FTIR AVL SESAM. Gasolina, etanol, anidro e butanol foram testados em um motor de injeção direta, sendo as emissões medidas antes do catalisador em um banco de provas de motor. Foi encontrada uma boa correlação entre o sistema FTIR e um analisador de gases convencional para CO, CO2 e NOx. Tal artigo

mostra que as medições de hidrocarbonetos totais com analisador convencional (FID) sofreram interferência dos oxigenados presentes na exaustão e recomenda o uso do FTIR para uma medição com melhor precisão dos hidrocarbonetos. O trabalho avaliou além dos hidrocarbonetos, as emissões de etanol não queimado e de aldeídos e concluiu que a emissão da soma desses poluentes aumenta quando da adição de etanol ou butanol à gasolina.

COSTA et al. (2010) estudaram a performance e as emissões de um motor Flex 1.0 L utilizando etanol hidratado e gasolina E22 (78% de gasolina e 22% de etanol anidro). Foram investigados a pressão média efetiva de eixo (BMEP), potência de eixo, consumo específico e a eficiência térmica. Foram medidas a concentração das emissões de CO, CO2,

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reduziu as emissões de CO e de HC, mas aumentou o CO2 e o NOx. Com relação às emissões

de NOx apenas a rotação de 2500 rpm apresentou um decréscimo de emissões com o uso do

etanol hidratado, as demais rotações apresentaram um aumento significativo de emissões. Segundo os autores, este aumento pode ser atribuído ao fato de maior velocidade de chama do etanol junto com o maior valor do ângulo de avanço de ignição, que favorecem um aumento de pico de pressão. Como consequência, há um aumento do pico de temperatura na câmara de combustão.

3.2. Princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento do motor Flex é o mesmo do motor movido a gasolina. A função da UCE (Unidade de controle de emissão) no motor Flex é aferir a proporção da mistura álcool/gasolina + ar e adequar o funcionamento do motor, modificando o tempo de injeção de combustível, o tempo de abertura e fechamento das válvulas e o ponto de ignição. Este último é adiantado pelo gerenciamento eletrônico (avanço da ignição), geralmente quando se usa álcool devido ao seu baixo poder de detonação.

O motor Flex dispõe de um sistema de identificação de combustível que torna mais rápido o processo de identificação do carburante e correção do funcionamento do motor. Um equipamento chamado sensor de nível de combustível, responsável por informar a quantidade de combustível, envia, por meio de um sinal elétrico, dados sobre um reabastecimento a UCE, de forma que esta fique de sobreaviso sobre mudança de leitura do sensor de oxigênio.

Outro dispositivo que também faz parte do sistema Flex é um ohmímetro localizado de forma estratégica no interior do reservatório de combustível com a função de enviar o valor da resistência elétrica do combustível armazenado à Centralina, a qual identifica o tipo de combustível ou teor de combustível está lidando. Dessa forma, a central processa os dados e caso o reservatório de combustível possui um valor acima de 80% de álcool e uma temperatura inferior a 20°C, aquela se encarrega de acionar a partida a frio.

(31)

Os dispositivos que compõem o motor Flex são praticamente os mesmos. O que difere no motor Flex, em relação ao motor a gasolina é o chip com o Software Flexfuel (sensor instalado na UCE) e outras modificações conforme se apresenta logo abaixo:

• Mudanças na geometria e tratamento das peças para evitar corrosões; • O coletor de admissão é adaptado para dar partida a frio, como no álcool;

• Peças como a bomba de gasolina, válvulas de escape e linha de alimentação da bomba são adaptados;

• O tempo do fechamento e a abertura das válvulas são diferenciados;

• A taxa de compressão presente no motor Flex é de 11,7:1 (para se ter uma boa noção, nos motores convencionais a gasolina o valor ideal é de 9:1 e nos convencionais a álcool é 12:1);

• Os bicos injetores e a bomba de combustível possuem maior vazão; • A parede do coletor de admissão de plástico está menos rugosa;

• A galeria de combustível de plástico (porque a acidez do álcool é revelada pela sua reação com os metais ativos, com a liberação de hidrogênio no estado gasoso);

• O corpo da borboleta e o sensor de temperatura e pressão do ar passam a se localizar no coletor;

• A bomba de gasolina juntamente com as válvulas de escape possuem revestimento anticorrosivos;

• Há um sistema de partida a frio com gasolina, com um orifício calibrado após o corpo de borboleta para a injeção da gasolina do reservatório, como no modelo a álcool;

• O tempo de abertura e fechamento dos injetores é diferente do motor convencional; • As velas de ignição possuem de um a três eletrodos de platina, com prolongamento maior para melhorar a queima na câmara de combustão;

• O sensor de rotação substitui o distribuidor de ignição.

(32)

CAPÍTULO 04

METODOLOGIA

4.1. Procedimento Experimental

4.1.1. Descrição dos equipamentos

O automóvel tomado como base para realização dos nossos experimentos é um sedan ano/modelo 2010/2011, tração dianteira, coeficiente aerodinâmico de 0,313, com motor de ignição por centelha de 4 cilindros em linha, Flex (Gasolina/Etanol), contendo 2 válvulas por cilindro em seu cabeçote, capacidade volumétrica de 1598 cm3, taxa de compressão de 12,1:1, potência de 101 cv (Gasolina) e 104 cv (Etanol), torques de 15,4 kgf.m (Gasolina) e 15,6 kgf.m (Etanol), com alimentação de combustível realizada através de um sistema de injeção eletrônica multiponto Bosch, transmissão automatizada ASG de 5 marchas, com as seguintes relações de transmissão:

 1ª marcha: 3,550:1

 2ª marcha: 2,250:1

 3ª marcha: 1,517:1

 4ª marcha: 1,026:1

 5ª marcha: 0,740:1

 Diferencial: 4,188:1

Esse automóvel é dotado de rodas de liga leve 6J x 15, com pneus fabricados pela Pirelli com a seguinte medidas: 195/55/15, calibrados com as pressões recomendadas pelo fabricante de 30 lb/pol2 na dianteira e de 28 lb/pol2 na traseira. O veículo possui peso em ordem de marcha de 995 kg.

No percurso do teste não foi ultrapassado o limite de velocidade de 60 km/h, além disso, em todos os testes, o ar condicionado encontrava-se na 2ª velocidade e o veículo se deslocava com dois ocupantes, totalizando uma massa de aproximadamente 150 kg. O câmbio, devido ser automatizado, realizava as trocas de marchas em, no máximo, 2000 rpm.

4.1.2. Instrumentação do veículo

(33)

4.1.3. Preparação das misturas do teste de rodagem

Foram preparadas 4 misturas, em recipientes distintos, com combustível fornecido por posto de abastecimento da rede Petrobras, sendo elas:

- Mistura E25: 3 litros de gasolina comum (25% de etanol);

- Mistura E50: 2 litros de gasolina comum e 1 litro de etanol (50% de etanol); - Mistura E75: 1 litro de gasolina comum e 2 litros de etanol (75% de etanol); - Mistura E100: 3 litros de etanol (100% de etanol).

4.1.4. Preparação das misturas para análise de gases

Para a análise de emissão de poluentes foram preparadas 4 misturas, fornecidas pelo mesmo posto de abastecimento da mistura do teste de rodagem, entretanto, com volumes diferenciados:

- Mistura E25: 1 litro de gasolina comum (25% de etanol);

- Mistura E50: 666 mililitros de gasolina comum e 333 mililitros de etanol (50% de etanol);

- Mistura E75: 333 mililitros de gasolina comum e 666 mililitros de etanol (75% de etanol);

- Mistura E100: 1 litro de etanol (100% de etanol);

Vale salientar que os recipientes foram abastecidos com combustíveis provenientes das mesmas bombas, com validação da calibração até o ano de 2015, descartando a possibilidade de variação no volume de combustível depositado nos recipientes.

4.2. Descrição do procedimento de ensaio

4.2.1. Definição do circuito de testes

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Figura 4.1: Circuito de testes

Durante a realização dos testes, foram medidos os seguintes parâmetros: volume de combustível, distância percorrida, tempo de deslocamento e temperaturas da pista, da tampa do eixo de comando de válvulas e do tubo distribuidor do sistema de injeção eletrônica, conforme a figura 4.2:

Figura 4.2: Fotografia do motor do veículo analisado

(35)

4.3. Definição dos testes de rodagem

Foi iniciada a retirada de todo o combustível do tanque do veículo através da desconexão da mangueira de alimentação e com o acionamento da bomba elétrica do próprio automóvel, até ser expulso todo o combustível que nele estava contido; em seguida, foi reconectado todas as mangueiras de alimentação do tanque e abastecido o veículo com a mistura E25, contendo 25% de etanol, cujo volume era de 03 litros.

Logo em seguida, foram realizadas as medidas de temperatura da pista, 54,0 °C, temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 76,0 °C, temperatura do tubo distribuidor do sistema de injeção eletrônica, 73,0 °C. Dentro do veículo, o hodômetro do painel registrava 90.710 km e as coordenadas do GPS eram de latitude: 5°56,658’S e longitude: 35°9,998’O.

Foi zerado o cronômetro do relógio e iniciado o teste, percorrendo o circuito pré-estabelecido até a pane seca do veículo, neste momento, foram coletados os dados de distância do hodômetro veículo: 90.754 km, e o tempo do cronômetro, de exatos 60’12”.

Após a coleta, foi reabastecido o veículo com a segunda mistura (E50), contendo 50% de etanol e volume de 03 litros, em seguida, coletadas as temperatura da pista, 55,0 °C, temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 75,5 °C; temperatura do tubo distribuidor do sistema de injeção eletrônica, 70 °C.

Em seguida, foram coletadas as informações do hodômetro: 90.754 km, as coordenadas do GPS eram de latitude: 5°57,029’S e longitude: 35°9,402’O; percorremos todo o circuito até a parada completa por falta de combustível. Sendo feita a verificação do cronômetro do relógio, o qual registrava: 52’05”, e o hodômetro do veículo: 90.793 km.

Foi prosseguido com os testes, realizando as medidas de temperatura da pista, 55,0 °C; temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 75,0 °C; temperatura do tubo distribuidor do sistema de injeção eletrônica, 69,0 °C. Foi reabastecido o tanque com a mistura E75, contendo 75% de etanol e volume de 03 litros, coletadas as coordenadas do GPS, cuja latitude era de 5°54,673’S elongitude: 35°10,276’O, zerado o cronômetro e dado início ao teste, até a parada por pane seca, ao verificar o cronógrafo e este marcava 46’21”.

Após isso, foi verificado o hodômetro do veículo, o qual registrava 90.829 km as coordenadas do GPS eram de latitude: 5°54,673’S e longitude: 35°10,276’O.

(36)

combustível do veículo com 03 litros da mistura E100, contendo 100% de etanol e iniciado o último teste, até a parada do veículo, dessa vez o cronômetro marcava 42’18”, o hodômetro registrava 90.862 km, e as coordenadas do GPS cuja latitude era de : 5°56,946’S e longitude: 35°9,546’O.

Foram verificadas as temperaturas da pista, 56,0 °C, temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 75,5 °C, temperatura do tubo distribuidor do sistema de injeção eletrônica, 70,0 °C.

4.3.1. Métodos para medição do consumo

Para a medição do consumo, foi contado com o computador de bordo do veículo, e realizado o cálculo pelo deslocamento por meio das coordenadas do GPS e do volume de combustível consumido durante o trajeto, através da equação 4.1:

(4.1)

4.3.2. Análise econômica do custo por quilômetro rodado

Com base no valor do combustível do posto tomado como referência, onde o litro da gasolina estava custando R$3,109 e o litro de etanol estava sendo comercializado por R$ 2.699, pode-se calcular o valor total da mistura, pela equação 4.2:

(4.2)

De acordo com as distâncias percorridas para cada tipo de mistura, é possível calcular o custo do combustível por quilômetro rodado, que corresponde à razão da equação 4.2 pela distância, conforme a equação 4.3:

(37)

4.4. Definição da análise de gases

A análise de emissão de gases foi realizada nas dependências do INSPETRANS, que cedeu o analisador de gases de fabricação SUN, modelo PGA-500, certificado pelo INMETRO até o ano de 2016.

Esse equipamento permite captar os gases provenientes da exaustão do motor, conforme preconiza a norma NBR 6601 (que abrange todos os veículos rodoviários leves no quesito de determinação de hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxido de nitrogênio e material particulado), além da rotação do motor, gerando um relatório com os valores dos seguintes parâmetros:

- CO corrigido (em % volume); - Fator de diluição;

- HC corrigido; - CO (em % volume); - CO2 (em % volume);

- HC hexano (em ppm do volume); - Rotação e variação da rotação do motor.

Figura 4.3: Fotografia do analisador de gases SUN PGA-500

(38)

Como procedimento adotado como padrão, foi drenado todo o combustível que se encontrava no tanque do veículo, através da bomba de combustível elétrica do próprio automóvel, em seguida, foi abastecido o tanque com o volume de 1 litro da mistura E25, e dada a partida no motor, sendo colocado em funcionamento durante 02 minutos, em marcha lenta.

Em seguida, foi inserida a sonda na saída do escapamento, sendo coletadas as medidas de temperatura na tampa do eixo de comando de comando de válvulas, 76 °C e iniciado os ensaios, primeiramente, durante 30 segundos, numa rotação de 2500 rpm, com variação máxima de ± 200 rpm, terminado esse tempo, foi efetuada a leitura em marcha lenta, com rotação de 800 rpm, com variação máxima de ± 50 rpm, durante 30 segundos, finalizado esse intervalo de tempo, a sonda foi retirada do escapamento do veículo e o mesmo permaneceu em funcionamento até a parada por pane seca.

Após a impressão dos resultados, foi reabastecido o veículo com 01 litro da mistura E50, e foi dada partida no motor que permaneceu em funcionamento durante 02 minutos, em marcha lenta, sendo inserida a sonda na saída do escapamento do veículo, e coletadas as medidas de temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 78 °C sendo iniciados os ensaios primeiramente, durante 30 segundos, numa rotação de 2500 rpm, com variação máxima de ± 200 rpm, terminado esse tempo, foi iniciada a leitura em marcha lenta, com rotação de 800 rpm, com variação máxima de ± 50 rpm, durante 30 segundos. Finalizado esse intervalo de tempo, a sonda foi retirada e o veículo permaneceu em funcionamento até a parada por pane seca.

Foi efetuada a impressão dos resultados, e o veículo foi reabastecido, agora com a mistura E75. Foi dada a partida no motor e o mesmo permaneceu em funcionamento, durante, aproximadamente, 02 minutos, em regime de marcha lenta. A sonda foi inserida na saída do escapamento do veículo e foi coletada a temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 77 °C. Iniciados os ensaios primeiramente, durante 30 segundos, numa rotação de 2500 rpm, com variação máxima de ± 200 rpm, terminado esse tempo, foi efetuada a leitura em marcha lenta, com rotação de 800 rpm, com variação máxima de ± 50 rpm, durante 30 segundos, finalizado esse intervalo de tempo, foi retirada a sonda e o veículo permaneceu em funcionamento até a parada por pane seca.

(39)

(40)

CAPÍTULO 05

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Para uma análise mais eficiente dos resultados obtidos nos testes, se faz necessário tomar como referência a média de preços dos combustíveis comercializados na primeira semana do mês de junho/2015, período em que foram realizados os testes com o veículo. Esses valores foram fornecidos no site da ANP, no estado do Rio Grande do Norte, os quais constam na tabela 5.1:

TABELA 5.1: Preço médio dos combustíveis no RN

COMBUSTÍVEL R$

ETANOL 2,643

GASOLINA COMUM 3,308

Fonte: ANP

Tomando como base os resultados coletados nas medições do ensaio e aplicando-se as equações 4.2 e 4.3, obtêm-se o consumo médio de combustível para cada tipo de mistura, conforme mostra a tabela 5.2:

TABELA 5.2: Consumo médio de combustível

Como referência dos valores da tabela 5.2, é constatado que a mistura E25 atinge a maior autonomia, cerca de 43,80 km, com um volume de 3,00 litros, ou seja, uma média de R$ 14,60 km/l, enquanto que a mistura E100 apresenta a pior autonomia do circuito, cerca de 23,50 km, para um volume de 3,00 litros de combustível, ou seja, uma média de apenas R$10,83 km/l, no circuito.

Dessa forma é observada que a autonomia do veículo diminui com o aumento da concentração de etanol na mistura, em outras palavras, a distância percorrida por litro de mistura de combustíveis é inversamente proporcional ao teor de etanol na mistura, ficando ainda mais evidenciado pelo declínio da reta mostrado no gráfico da figura 5.1.

MISTURA DISTÂNCIA (km)

VOLUME (l)

CONSUMO (km/l)

E25 43,80 3,00 14,60

E50 39,40 3,00 13,13

E75 36,00 3,00 12,00

(41)

Figura 5.1: Gráfico do consumo médio das diferentes misturas de combustível.

CONSUMO MÉDIO DE COMBUSTÍVEL

0 2 4 6 8 10 12 14 16

E25 E50 E75 E100

Misturas C o n s u m o (K m /l)

O gráfico da figura 5.1 exibe no eixo horizontal as misturas de combustíveis e no eixo vertical a média do consumo, em km/l. É bastante visível o declínio da reta, o qual se justifica pela diminuição do poder calorífico das misturas, haja vista que o etanol possui um poder calorífico inferior ao da gasolina comum, na ordem de 70%. A tabela 5.3 mostra os valores do poder calorífico inferior das misturas de combustíveis utilizados nos ensaios, em kJ/kg, baseados nos percentuais mássicos de cada mistura, conforme resoluções nº 06, 07 e 57 da ANP.

TABELA 5.3: Poder calorífico inferior das misturas de combustíveis

MISTURA PCI kJ/kg

E25 40005

E50 38547

E75 34058

E100 28242

Fonte: Adaptado de MELO et al. ( 2009)

Ficou evidenciado que a redução da autonomia não segue, proporcionalmente, a diminuição do poder calorífico do combustível, como mostra a tabela 5.4. É observado, que a mistura E50 possui um PCI (Poder Calorífico Inferior) na ordem de 38547 kJ/kg, 3,64% menor que o da mistura E25. Entretanto, em relação a distância percorrida, a mistura E50, foi menor na ordem de 10,01%, frente a mistura E25.

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ordem de 14,86%. Por sua vez, a mistura E100, cujo PCI é de 28242 kJ/kg, ou seja, 29,40% menor que o da mistura E25, obteve uma redução da distância percorrida, frente a mistura E25 de 25,80%.

TABELA 5.4: Porcentagem da distância percorrida em relação a gasolina

Os dados presentes na tabela 5.4 evidenciam uma redução da autonomia com o aumento da concentração do etanol nas misturas com gasolina comum. É observado que na mistura E25 o veículo percorreu a maior distância, ou seja, esse obteve uma autonomia de 43,80 km no circuito adotado como padrão, com o volume preestabelecido de 3,00 litros de combustível. Na mistura E50, o veículo ensaiado percorreu uma distância de 39,40 km, com o volume de 3,00 litros de combustível, ou seja, a distância percorrida com esta mistura foi menor 10,01% em relação à distância percorrida com o uso de gasolina comum, ou seja, a mistura E25. Na mistura E75, o veículo percorreu a distância de 36,00 km, com um volume de 3,00 litros de combustível, havendo uma diminuição de autonomia na ordem de 17,81%. Já na mistura E100, composta por 100% de etanol, o veículo ensaiado percorreu uma distância de 32,50 km, havendo uma diminuição de 25,80% da autonomia, frente ao uso da gasolina comum.

Dessa maneira, fica, mais uma vez, evidenciado que mesmo com o aumento da proporção de etanol na mistura, a autonomia não diminui na proporção. Dessa forma, para uma melhor interpretação da tabela 5.4, foi montado o gráfico 5.2, o qual representa as distâncias percorridas para os diferentes tipos de misturas analisadas. Nele é observado que o decrescimento da reta representa a diminuição da autonomia, justificada pelo baixo poder calorífico do etanol frente ao da gasolina comum, cerca de 30% menor frente a gasolina comum.

MISTURA DISTÂNCIA (km)

DIMINUIÇÃO DISTÂNCIAS

(%)

E25 43,80 0

E50 39,40 10,01

E75 36,00 17,81

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Figura 5.2: Gráfico das distâncias percorridas em função das misturas de combustíveis DISTÂNCIA PERCORRIDA 0 10 20 30 40 50

E25 E50 E75 E100

Misturas D is tâ nc ia s (K m )

A partir das informações descritas na tabela 5.2, é possível encontrar o custo médio por quilômetro rodado, aplicando a equação 4.3. Com estes resultados, ficam mais evidentes quais das misturas possuem os menores custos, como mostrado na tabela 5.5.

TABELA 5.5: Custo médio de combustível por quilômetro rodado

MISTURA VALOR (R$)

DISTÂNCIA (km)

CUSTO MÉDIO POR KM (R$/km)

E25 9,924 43,80 0,226

E50 9,255 39,40 0,234

E75 8,594 36,00 0,238

E100 7,929 32,50 0,243