Óleo Diesel com Baixo Teor de Enxofre. Considerações quanto à Lubricidade e Condutividade Elétrica

Setembro de 2009

Considerações quanto à

Lubricidade e Condutividade Elétrica

XVII Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva

Helineia Oliveira Gomes Mauro Iurk Rocha

Óleo Diesel com Baixo Enxofre

Compostos promotores naturais:

Lubricidade
Condutividade Carência de:
Lubricidade
Condutividade Alta severidade

Lubricidade

Habilidade do combustível evitar a fricção e

o desgaste entre superfícies metálicas em

movimento relativo sob carga e está

relacionada com sua composição química.

Efeito Decorrente da Baixa

Lubrificação

• Lubricidade ruim ⇒⇒⇒⇒ _{desgaste de componentes da bomba injetora e} redução da vida útil do sistema de injeção.

Bomba injetora R420-E Bomba injetora R420-E Bomba injetora R420-E

Método HFRR

HFRR

HFRR

High Frequency Reciprocating Rig

HFRR

HFRR

High Frequency Reciprocating Rig

HFRR

HFRR

High Frequency Reciprocating Rig

Espec. ANP S 50 - HFRR: ISO 12156 –

460 µm máx.

/ ASTM D6079 – 520 µm máx.

Repetibilidade @ 60°C: 63 µm.

Reprodutibilidade @ 60°C: 102 µm.

Formula

Lubricidade de biocombustíveis

Biodiesel

Biodiesel – B100 (éster metílico de soja):

Efluente do Processo H100

Efluente do Processo H100 – HC’s C5 – C18 (óleo de soja HDT):

S = 2,3 mg/kg d 20/4o_{C = 0,8794} IQT = 55,9 W.S.D. 1.4 = 164 µm W.S.D. 1.4 = 527 µm S = 2,4 mg/kg d 20/4o_{C = 0,7796} IQT = 109 Biodiesel

Biodiesel – B100 (éster metílico de soja):

Efluente do Processo H100

Efluente do Processo H100 – HC’s C5 – C18 (óleo de soja HDT):

S = 2,3 mg/kg d 20/4o_{C = 0,8794} IQT = 55,9 W.S.D. 1.4 = 164 µm W.S.D. 1.4 = 527 µm S = 2,4 mg/kg d 20/4o_{C = 0,7796} IQT = 109

Lubricidade do biodiesel –

diversas oleaginosas

210 207 199 197 185 181 170 155 100 160 220 280 340 400 460 520 580 640 700 W .S.D. 1.4, um soja+ ND soja algodão soja soja+ soja sebo ti p o d e o le a g in o s a HFRR a 60oC

Formulações de B5 a partir de S 10

5 6 3 5 6 1 5 3 3 5 3 2 5 2 1 5 1 7 5 1 0 4 9 6 4 9 4 4 9 0 4 6 9 1 5 5 ₁7 9 1 7 2 20 0 1 9 4 1 3 2 ₁5 2 ₁7 5 1 6 7 1 6 6 1 7 2 70 135 200 265 330 395 460 525 590

A_360 A_350 C _360 C _350 E_360 B_350 D_350 F_360 D_360 B_360 F_360

L u b ri c id a d e d e s g a s te , u m S10 B5-S10

Formulações de B5 a partir de S 50 sem e

com 5% vol. de efluente do processo H100

5 0 9 5 0 8 5 0 8 4 9 2 4 8 3 4 8 0 4 6 7 4 6 3 4 4 8 4 3 6 4 2 3 2 1 6 1 6 1 1 7 7 1 8 4 ₂03 1 4 0 2 0 1 1 8 4 1 6 6 1 7 7 1 6 7 1 7 6 1 6 8 1 6 6 1 7 5 1 3 8 1 7 1 1 5 0 1 4 6 1 8 4 1 9 4 1 7 3 70 135 200 265 330 395 460 525 590

A_350 B_350 B_360 C _360 A_360 D_350 C _350 E_360 D_360 F_350 F_360

L u b ri c id a d e d e s g a s te , u m S50 B5-S50 B5-S50-H100

Formulações tipo B2 de S 50 com 5% vol.

do efluente do processo H100

509 508 480 467 215 161 158 ₁₅₀ 179 436 70 135 200 265 330 395 460 525 590 A B D C F L u b ri c id a d e d e s g a s te , u m S50_T90_350 S50-B2-H100

Óleo Diesel com Baixo Enxofre

Compostos promotores naturais:

Lubricidade
Condutividade Carência de:
Lubricidade
Condutividade Alta severidade

Condutividade Elétrica

Questão de fundamental importância para a

segurança no manuseio do combustível.

Condutividade

elétrica

consiste

na

habilidade do combustível em

dissipar

cargas

, eventualmente geradas durante

as operações de bombeio, filtração etc., e

é função do teor de espécies iônicas.

Acidentes eletrostáticos

O acúmulo de eletricidade estática é indesejável porque aumenta o risco de descargas elétricas durante o manuseio e distribuição do produto, o que implica em risco de incêndio.

Acidentes eletrostáticos

(Cont.)

Experiment18 (Carga Estática 4).mpg

Experiment19 (Carga Estática 5).mpg

Exemplos

Base da ignição eletrostática

Geração de Carga Acúmulo de Carga Descarga Elétrica

Descarga elétrica alta o suficiente?

Atmosfera Inflamável ?

Fogo ou Explosão !

A ocorrência de mistura inflamável por si só não é suficiente para que ocorra a ignição eletrostática. É necessário também

Base da ignição eletrostática

(Cont.)

Geração de carga elétrica, pode ocorrer durante a

transferência do produto. Escoamento através de oleodutos; bombas; válvulas; filtros (≤≤≤≤ 150 µµµµm) etc..

Cargas elétricas podem se acumular no combustível, quando este apresentar baixa condutividade elétrica.

Descargas eletrostáticas podem ocorrer, por exemplo,

Base da ignição eletrostática

(Cont.)

Misturas inflamáveis podem ocorrer dependendo da

pressão de vapor e da temperatura do combustível e das condições de bombeamento.

A prática de carregar um produto de baixa pressão de vapor em um tanque que previamente descarregou um produto de alta pressão de vapor (switch loading), também pode promover o aparecimento de atmosfera inflamável. Ex.: Carregar óleo diesel após gasolina.

Base da ignição eletrostática

(Cont.)

 Tipo de fluxo de descarga do produto. O fluxo vertical que permite a queda livre ou a projeção do combustível contra a parede do tanque, o fundo ou superfície líquida, durante o carregamento, pode ocasionar respingos do produto, levando à formação de névoa de combustível (splash loading), resultando na geração de cargas e no aparecimento de atmosfera inflamável. Ex.: carregamento de caminhões tanque pelo topo.

Base da ignição eletrostática

(Cont.)

Caso a condutividade elétrica do combustível seja

suficientemente alta, as cargas são dissipadas rapidamente, evitando o acúmulo e minimizando o risco potencial de problemas no tanque de recebimento.

Segundo Pratt, as cargas são completamente dissipadas num tempo igual a 5 T, onde:

Τ = 18 / σ (HC’s líquidos) T = tempo de relaxamento em segundos,

Geração Típica de Carga Durante

a Movimentação de Combustíveis

Fonte: Kenn Advantages Group

ULSD – Equipamentos

Mangueira condutora do produto, munida de fio terra interno encaixado na mangueira de uma ponta a outra.

Fonte: Kenn Advantages Group

Fios-terra internos em cada compartimento do tanque.

Enxofre vs. Condutividade

(Cont.)



Enxofre não é um indicativo confiável

para a condutividade.



Entretanto, é esperado que o ULSD

Óleo Diesel com Baixo Enxofre

O valor recomendado para a condutividade elétrica do óleo diesel é de, no mínimo:

50 pS/m na especificação européia EN590 e

25 pS/m na especificação americana ASTM D 975, para velocidades de transferência maiores do que 7 m/s.

25 pS/m na especificação brasileira para S 10, no momento e na temperatura da entrega do produto.

Óleo Diesel com Baixo Enxofre

(Cont.)

Para o óleo diesel S 50 a Petrobras garante

50 pS/m

em seus terminais.

Essa garantia

não isenta as distribuidoras

de

realizarem a medição e garantirem um patamar

de condutividade elétrica adequado às suas

respectivas bases e ao

carregamento dos

caminhões-tanque.

Medição da Condutividade Elétrica

(Cont.)

Método ASTM D2624

Emcee Electronics, Inc. ®

Model 1152 Digital Conductivity Meter

Aplicável a combustíveis de aviação e destilados, com e sem aditivos dissipadores de cargas estáticas.

Para condutividade elétrica na faixa de 1 a 2.000 pS/m.

Medição da Condutividade Elétrica

Para a amostragem, recomenda-se utilizar frascos de

vidro âmbar, com capacidade de no mínimo um litro, munidos com tampa de vidro, pois as superfícies plásticas são isolantes.

A temperatura do combustível afeta a condutividade devido à mudança da viscosidade, que altera a taxa na qual a carga pode ser conduzida através do combustível.

Recomenda-se a determinação da condutividade o mais rápido possível após a amostragem do combustível ou preferencialmente dentro de 24 horas.

Uso de Aditivo Anti-Estático

Aditivos Dissipadores de Cargas Estáticas (por exemplo: Kerostat; Stadis 450, Stadis 425, entre outros) atuam em baixas concentrações.

Com o deslocamento do produto pode haver perda de condutividade.

O combustível aditivado após exposição à luz solar por cinco minutos pode apresentar perda de condutividade.

O aditivo anti-estático é surfactante. Uma superdosagem pode ocasionar problemas de retenção de água no combustível.

Enxofre vs. Condutividade

Octel, Risk Management of Ultra Low Sulfur Ground Fuel

Combustível  S: Condutividade  

Combustível  S:

Enxofre vs Condutividade

(Cont.)

6 9 14 20 5 5 4 7 4 6 5 5 2 4 2 3 9 9 9 5 2 7 5 1 2 7 6 6 ₈1 8 3 6 8 5 1 6 0 7 8 4 8 91 1 6 6 7 7 7 0 9 2 5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 S500 S500 S500 S500 S500 S2000 S2000 S2000 óleo diesel c o n d u ti v id a d e e lé tr ic a , p S / m

Quanto à lubricidade :

As formulações com B100 indicaram que a adição de 2% vol. de biodiesel é suficiente para conferir ao óleo diesel com baixo enxofre uma lubricidade adequada (desgaste a 60o_{C <<< 460}

µm, medido pelo HFRR). A adição de até 5% vol. de H100 de soja não promoveu alteração significativa na lubricidade do óleo diesel.

Quanto à condutividade elétrica :

Os resultados de condutividade mostraram-se independentes do teor de enxofre das amostras. A incorporação de 3% vol. de biodiesel tendeu a aumentar a condutividade elétrica de todas as amostras. No caso do óleo diesel S 2000 este aumento foi suficiente para corrigir a condutividade para atendimento do requisito 50 pS/m mín..

Quanto à lubricidade do óleo diesel automotivo tipo S 50, que esta propriedade seja atestada após a adição de 4% vol. de biodiesel ao óleo diesel, conforme já acordado com a ANP.

Quanto à condutividade elétrica, realizar a medição da condutividade em toda cadeia logística. Avaliar também os sistemas de distribuição de óleo diesel, levando em conta a existência de aterramento dos tanques e dos caminhões-tanque e utilizar o aditivo anti-antiestático quando necessário.

Muito obrigado!

MAURO IURK ROCHA miurk@petrobras.com.br

HELINEIA OLIVEIRA GOMES helineia@petrobras.com.br