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UNIVERSIDADE POSITIVO WELLINGTON FERREIRA RIBAS

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Academic year: 2021

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UNIVERSIDADE POSITIVO WELLINGTON FERREIRA RIBAS

INFLUÊNCIA DO COMBUSTÍVEL (DIESEL E BIODIESEL) E DAS

CARACTERÍSTICAS DA FROTA DE VEÍCULOS DO TRANSPORTE COLETIVO DE CURITIBA NAS EMISSÕES DE NOx

CURITIBA

2014

(2)

WELLINGTON FERREIRA RIBAS

INFLUÊNCIA DO COMBUSTÍVEL (DIESEL E BIODIESEL) E DAS

CARACTERÍSTICAS DA FROTA DE VEÍCULOS DO TRANSPORTE COLETIVO DE CURITIBA NAS EMISSÕES DE NOx

Dissertação apresentada como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Gestão Ambiental, do curso de Mestrado Profissional em Gestão Ambiental, Universidade Positivo.

Orientadora: Profª. Dra. Patrícia Bilotta

CURITIBA

2014

(3)

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Biblioteca da Universidade Positivo - Curitiba - PR

R482 Ribas, Wellington Ferreira.

Influência do combustível (diesel e biodiesel) e das características da frota de veículos do transporte coletivo de Curitiba nas emissões de Nox / Wellington Ferreira Ribas. ― Curitiba : Universidade Positivo, 2014.

83 f. : il.

Dissertação (mestrado) – Universidade Positivo, 2014.

Orientadora : Prof. Dr. Patricia Bilotta.

1. Diesel – Aspectos ambientais. 2. Biodiesel – Aspectos ambientais. 3. Transporte coletivo. 4. Gestão ambiental. Título.

CDU 504.06

(4)

TÍTULO: “INFLUÊNCIA DO COMBUSTÍVEL (DIESEL E BIODIESEL) E DAS CARACTERÍSTICAS DA FROTA DE VEÍCULOS DO TRANSPORTE COLETIVO DE CURITIBA NAS EMISSÕES DE NOx”.

ESTA DISSERTAÇÃO FOI JULGADA ADEQUADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM GESTÃO AMBIENTAL (área de concentração: gestão ambiental) PELO PROGRAMA DE MESTRADO EM GESTÃO AMBIENTAL DA UNIVERSIDADE POSITIVO – UP. A DISSERTAÇÃO FOI APROVADA EM SUA FORMA FINAL EM SESSÃO PÚBLICA DE DEFESA NO DIA 27 DE FEVEREIRO DE 2014, PELA BANCA EXAMINADORA COMPOSTA PELOS SEGUINTES PROFESSORES:

Prof. Dr. Renato de Arruda Penteado Neto – Examinador Externo Prof. Dr. Marco Aurélio da Silva Carvalho Filho – Universidade Positivo Prof. Dr. Paulo Roberto Janissek – Universidade Positivo

Profª. Dra. Patrícia Bilotta (Orientadora) – Universidade Positivo

CURITIBA, PR ‒ BRASIL

PROF. MAURÍCIO DZIEDZIC

COORDENADOR DO PROGRAMA DE MESTRADO EM GESTÃO AMBIENTAL

(5)

DEDICATÓRIA

“À minha esposa Angela, aos meus

filhos Marion e Giovani, ao meu genro

Francisco, à minha nora Letícia e em

especial ao meu neto Fernando, pelo

apoio, compreensão e incentivo”.

(6)

AGRADECIMENTOS

A Deus que, sempre presente, iluminou meu caminho.

À minha orientadora Professora Patrícia Bilotta pelo incentivo nessa caminhada acadêmica e sobretudo pela paciência!

Aos professores da banca examinadora, Prof. Dr. Renato de Arruda Penteado Neto, Prof. Dr. Marco Aurélio da Silva Carvalho Filho e Prof. Dr. Paulo Roberto Janissek pelas sugestões e contribuições apresentadas ao trabalho.

A todos os professores do Mestrado que contribuíram para o crescimento do conhecimento.

Às empresas de transporte coletivo de Curitiba nas pessoas dos senhores Alderico Machado Dias Filho, Jeferson Agrodoviski, Lessandro Milani Zem, Sérgio Tarcísio Pereira e Moises Chevonika.

E aos amigos Prof. Marco Aurélio e Prof. Klaus pelas palavras de incentivo e pela amizade construída.

A todos muito obrigado!

(7)

RESUMO

O transporte coletivo da cidade de Curitiba é considerado modelo para o Brasil. Com uma frota operante de 1.930 ônibus, 29 deles atualmente usam biocombustíveis (B-100). Assim, o objetivo do trabalho é o estudo comparativo da emissão de NOx por veículos do transporte coletivo de Curitiba movidos a diesel e biodiesel considerando-se veículos de motorização semelhante e de idades diversas com uso de óleo diesel S-10 (B-5) e biodiesel B-100. A metodologia aplicada na realização deste trabalho foi desenvolvida em duas fases.

Inicialmente foi feita a medição de NO, NO

2

e NOx no escapamento de veículos do transporte coletivo de Curitiba movidos a biodiesel e diesel. Posteriormente foi executada a análise e comparação da emissão de NO, NO

2

e NOx de acordo com as condições da frota de veículos. Foram escolhidos os modelos que apresentam motor Volvo (B7R, B10M, B12M e B215RH) e utilizam combustível óleo diesel (S10 / B5) ou biodiesel (B100). A coleta de gases foi feita diretamente na saída do cano de descarga dos veículos em repouso. Observou-se um aumento de 37,14%

na emissão de NO com o uso de biodiesel, sendo o principal contribuinte para o aumento das emissões de NOx. As emissões de NOx provenientes da combustão de biodiesel foram aproximadamente 26% maior que as emissões resultantes da utilização do diesel. As emissões de gases (NOx) medidas para os motores B12M com até três anos de uso foram, em média, 40% menores que em um motor equivalente com dez anos de uso. A emissão de NOx também é elevada para veículos com idade superior a sete anos de uso. Conclui-se que os veículos movidos a biodiesel emitem quantidades maiores de NOx quando comparados com veículos de motorização e tempo de vida útil semelhantes.

Palavras-chave: Biodiesel. Diesel. NOx. Transporte Coletivo. Curitiba.

(8)

Abstract

The public transport in Curitiba is considered a model for Brazil. With an operating fleet of 1,930 vehicles, 29 of them currently use biofuels (B-100). The aim of the work is the comparative study of NOx emission by vehicles of public transport in Curitiba diesel and biodiesel vehicles considering similar powertrain and various ages with use of diesel S-10 (B-5) and B-100 biodiesel. The methodology applied in this work was developed in two phases. Initially the measurement of NO, NO

2

and NOx in the exhaust of vehicles of public transport in Curitiba powered by biodiesel and diesel was taken. Later it was performed the analysis and comparison of the emission of NO, NO

2

and NOx according to the conditions of the vehicle fleet. Models that feature Volvo engine (B7R, B10M, B12M and B215RH) and use diesel fuel (S10 / B5) or biodiesel (B100) were chosen. The gas collection was taken directly to the output of the exhaust pipe of the vehicle at rest. There was an increase of 37,14 % in the emission of NO with the use of biodiesel, with the main contributor to the increase in NOx emissions NOx emissions from the combustion of biodiesel were approximately 26% greater than the resulting emissions the use of diesel fuel. Exhaust emissions (NOx) measures for B12M engines with up to 3 years of use, on average, 40 % lower than in an equivalent engine with 10 years of use. The emission of NOx is too high for vehicles older than seven years of use. It is concluded that biodiesel powered vehicles emit larger amounts of NOx when compared to vehicle and powertrain similar life time.

Keywords: Biodiesel. Diesel. NOx. Mass Transportation. Curitiba.

(9)

LISTA DE SIGLAS

ANFAVEA Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores ANP Agência Nacional do Petróleo

ARLA Agente redutor líquido automotivo

ASTM American Society for Testing and Materials

CE Comunidade Europeia

CETESB Companhia Ambiental do Estado de São Paulo CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente

EGR Exhaust Gas Recirculation GEE Gás de efeito estufa

INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia IPPUC Instituto de Pesquisa e Planejamento Urbano de Curitiba MDA Ministério do Desenvolvimento Agrário

MMA Ministério do Meio Ambiente MME Ministério de Minas e Energia MP Material particulado

NMHC Hidrocarbonetos não metálicos NOX Óxidos de nitrogênio

PNPB Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel Proálcool Programa Nacional do Álcool

PRONCOVE Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores RIT Rede Integrada de Transporte

SCR Selective Catalityc Reduction

SITC Sistema Integrado de Transporte Coletivo SOx Óxidos de enxofre

tep Toneladas equivalentes de petróleo

URBS Companhia de Urbanização e Saneamento de Curitiba

(10)

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Mecanismo de reação de obtenção de biodiesel 12

(11)

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 Emissão de NO e NO

2

para emissões provenientes do uso de biodiesel e diesel.

45 Gráfico 2 Emissão de NOx para emissões provenientes do uso de biodiesel e

diesel.

46 Gráfico 3 Comparativo de emissões de NO para diferentes tipos de motores

(B7R, B10M, B12M e B215RH) com o uso de um mesmo combustível (diesel).

51

Gráfico 4 Emissão de NO para diferentes tipos de motores (B7R, B10M, B12M e B215RH) com o uso de um mesmo combustível (diesel).

52 Gráfico 5 Emissão de NO

2

para diferentes tipos de motores (B7R, B10M, B12M

e B215RH) com o uso de um mesmo combustível (diesel).

52 Gráfico 6 Emissão de NO

2

para diferentes tipos de motores (B7R, B10M, B12M

e B215RH) com o uso de um mesmo combustível (diesel) para veículos com diferente tempo de uso.

53

Gráfico 7 Emissão de NOx para diferentes tipos de motores (B10M e B12M) com o uso de um mesmo combustível (diesel).

54 Gráfico 8 Emissão de NOx para diferentes tipos de motores (B7R, B10M, B12M

e B215RH) com o uso de um mesmo combustível (diesel).

54

(12)

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Principais poluentes atmosféricos e sua origem 7 Tabela 2 Produção Nacional de Biodiesel Puro – B100 14 Tabela 3 Resumo dos dados epidemiológicos relacionados à presença de

NOx atmosférico

18 Tabela 4 Limites de emissão de poluentes para veículos pesados na

Europa (Diretiva 98/69/CEE) (1998)

21 Tabela 5 Estratégia de implantação do PROCONVE para veículos pesados

(Fases “P”) 23

Tabela 6 Limites de emissão de poluentes para veículos pesados (norma PROCONVE)

24 Tabela 7 Especificações técnicas do aparelho Tempest 100 38

Tabela 8 Critérios analisados na pesquisa 40

Tabela 9 Caracterização da frota de veículos do transporte coletivo de Curitiba

43 Tabela 10 Emissão de NO, NO

2

e NOx para emissões provenientes do uso

de biodiesel e diesel

45 Tabela 11 Resultado da medição das concentrações de NO, NO

2

e cálculo

de NOx para os veículos movidos a diesel em diferentes configurações de motor

48

Tabela 12 Emissões provenientes de diferentes tipos de motores com o uso de um mesmo combustível (diesel)

50

(13)

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 Classificação das linhas de transporte de Curitiba 35

Quadro 2 Classificação e descrição dos veículos de Curitiba 36

(14)

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ... 1

1.1. OBJETIVOS ... 3

1.1.1. Objetivo geral ... 3

1.1.2. Objetivos específicos ... 3

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 4

2.1. POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA ... 4

2.1.1. Fontes Móveis ... 4

2.1.2. Fontes Fixas ... 5

2.2. USO DO BIODIESEL ... 7

2.3. PROGRAMAS PARA USO DO BIODIESEL... 9

2.4. ASPECTOS DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL ... 11

2.5. MATÉRIA-PRIMA PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL ... 12

2.6. PROPRIEDADES DO BIODIESEL ... 14

2.7. EFEITOS DO NOx NA SAÚDE HUMANA E AMBIENTAL ... 16

2.8. LEGISLAÇÃO PARA O USO DE BIODIESEL ... 20

2.9. FORMAÇÃO DE NOx A PARTIR DO BIODIESEL ... 24

2.9.1. Ponto de injeção ... 30

2.10. ALTERNATIVAS PARA A REDUÇÃO DE EMISSÃO DE NOx EM MOTORES A BIODIESEL ... 30

2.11. SISTEMA DE TRANSPORTE COLETIVO DE CURITIBA ... 31

3. METODOLOGIA ... 34

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 42

5. CONCLUSÃO ... 55

6. REFERÊNCIAS ... 57

7. ANEXOS ... 62

(15)

1. INTRODUÇÃO

Com o aumento da população em áreas urbanas e a necessidade de constantes deslocamentos houve um aumento no consumo de combustíveis derivados do petróleo. A queima desses combustíveis gera uma série de poluentes ao meio ambiente como o monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, gases de efeito estufa. Tem-se estudado combustíveis alternativos com o intuito de reduzir sua concentração na atmosfera.

Combustíveis tais como o etanol e biodiesel são fontes renováveis de energia e considerados menos poluentes.

Criado pelo decreto n.

o

76.593 de 14 de novembro de 1975, o Programa Nacional do Álcool (Proálcool) teve como objetivo estimular a produção de álcool para adequá-lo às necessidade do mercado interno e externo, além de desenvolver a política de defesa dos combustíveis renováveis no Brasil.

Em 2 de julho de 2003, a Presidência da República institui por meio de Decreto um Grupo de Trabalho Interministerial para apresentar a viabilidade do uso de biodiesel com matriz energética. A implantação do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB) foi estabelecida por meio de Decreto em 23 de dezembro de 2003.

Curitiba ostenta o título de capital ecológica e tem um sistema de transporte coletivo que é considerado modelo. Com uma frota crescente que transporta milhares de passageiros diariamente, uma pequena parte dessa frota utiliza combustível alternativo (URBS, 2013).

Aumentar o número de veículos da frota de transporte coletivo com o uso de biodiesel ou veículos híbridos (veículos com motorização elétrica e combustão interna) pode acarretar o aumento na produção de NOx.

O aumento do número de veículos em circulação, somado à deficiência

apresentada nos sistemas de transporte coletivo, acarreta um tráfego intenso nos

grandes centros urbanos. O excesso de veículos causa aumento na poluição

atmosférica em níveis superiores ao que a natureza pode absorver.

(16)

O crescimento do número de veículos em circulação afeta diretamente o custo nas áreas de saúde pública e infraestrutura, isto é, resulta na necessidade de implementação de infraestruturas para locomoção (vias urbanas, rodovias, viadutos, etc.) e estruturas ligadas diretamente à saúde da população (hospitais e centros de saúde).

O transporte coletivo urbano é movido pela queima de combustíveis fósseis (diesel) e renováveis (biodiesel). A queima de combustíveis renováveis e não renováveis é um dos fatores responsáveis pela emissão de poluentes nocivos à saúde e que degradam o ambiente urbano. Dentre esses poluentes, pode-se destacar: o monóxido de carbono (CO), os hidrocarbonetos (HC), os materiais particulados, os óxidos de nitrogênio (NOx) e os óxidos de enxofre (SOx) (CARVALHO, 2011).

Existem diversos padrões de emissão veicular no mundo. A esses padrões são estabelecidos limites para emissão de óxidos de nitrogênio (NOx).

Para diminuir os efeitos dessas emissões é exigida a utilização do sistema SCR e

do ARLA 32. As legislações sobre emissões veiculares relacionam os seguintes

poluentes: óxidos de Nitrogênio (NOx), material particulado (PM), monóxido de

carbono (CO) e hidrocarbonetos (HC). No Brasil, a regulamentação é denominada

de PROCONVE – Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos

Automotores. Atualmente estamos na fase P-7 que seria equivalente ao Euro V

(Resolução Conama, 2008).

(17)

1.1. OBJETIVOS

1.1.1. Objetivo geral

O objetivo deste trabalho é verificar a influência do combustível (diesel e biodiesel) e das condições da frota de veículos do transporte coletivo de Curitiba nas emissões de NOx (NO e NO

2

).

1.1.2. Objetivos específicos

a) Medir a emissão de NO, NO

2

em veículos movidos a diesel e a biodiesel no transporte coletivo de Curitiba.

b) Analisar e comparar a emissão de NO, NO

2

e NOx de acordo com as

características da frota de veículos de Curitiba.

(18)

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA

A poluição atmosférica se apresenta de várias formas, podendo ser antropogênica (causada pelo homem) e natural. A queima de combustíveis fósseis, em usinas termoelétricas, ou por outros meios de transporte são fontes antropogênicas. Outras formas que podem ser destacadas, são geradas pelo homem nos processos industriais e na agricultura. Já a natureza também produz poluição atmosférica, da qual se pode destacar as erupções vulcânicas (MMA, 1986).

KNOTHE et al (2006) caracteriza a existência da poluição do ar quando uma ou mais substâncias químicas estão presentes em concentrações suficientes para causar danos aos seres humanos. O clima, o nível de atividades industriais, bem como a densidade populacional interferem diretamente nas concentrações de poluentes atmosféricos.

A poluição atmosférica pode ser classificada por dois tipos básicos: fixas e móveis.

2.1.1. Fontes Móveis

Segundo TEIXEIRA et al (2007), os veículos de combustão interna são os responsáveis pela liberação de gases como o monóxido de carbono (CO), óxido de enxofre (SOx) e de nitrogênio (NOx) na atmosfera. Também são encontrados hidrocarbonetos (HC) e material particulado (MP) originários da combustão incompleta. Essas substâncias, por sua vez, apresentam índices de toxicidade significativos ao meio ambiente e à saúde humana. Os veículos automotores também contribuem para o aumento da emissão dos gases de efeito estufa como o dióxido de carbono.

O estabelecimento de metas para a redução da emissão de gases e

materiais particulados por fontes móveis, no Brasil, constituídas por veículos

(19)

automotores, iniciou em 1986, quando o CONAMA instituiu, por meio da Resolução n.º 18, o Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores – PROCONVE. O PROCONVE tem como meta os seguintes objetivos: “reduzir os níveis de emissão de poluentes por veículos automotores, visando ao atendimento dos padrões de qualidade do ar, especialmente nos centros urbanos; promover o desenvolvimento tecnológico nacional, tanto na engenharia automobilística, como também em métodos e equipamentos para ensaios e medição da emissão de poluentes; criar programas de inspeção e manutenção para veículos automotores em uso; promover a conscientização da população com relação à questão da poluição do ar por veículos automotores;

estabelecer condições de avaliação dos resultados alcançados; promover a melhoria das características técnicas dos combustíveis líquidos, postos à disposição da frota nacional de veículos automotores, visando à redução de emissões poluidoras à atmosfera” (MMA, 1986).

2.1.2. Fontes Fixas

O Ministério de Meio Ambiente determina que “são denominadas as fontes lançadas à atmosfera por um ponto específico, fixo, como uma chaminé, por exemplo. As fontes fixas liberam, para a atmosfera, uma série de substâncias, conforme as matérias-primas, insumos e combustíveis empregados, e algumas delas podem apresentar elevada toxicidade, comprometendo a qualidade do ar, da água e do solo” (MMA, 2013).

Conforme normas do MMA, tecnologias mais eficientes e limpas como a reciclagem, reúso e reutilização, bem como o uso de combustíveis renováveis (considerados mais limpos) são formas de prevenção e controle de emissões.

Fontes de emissões desses gases devem adotar sistemas de tratamento antes de liberá-los à atmosfera.

BRAUN et al. (2013) afirmam que “a capacidade de regeneração da

atmosfera reduz consideravelmente à medida que a quantidade de emissões de

poluentes cresce com a industrialização e o aumento do número de veículos

automotores no planeta”.

(20)

O ar atmosférico apresenta um número grande de poluentes, e sua origem e seus efeitos são diversos. Os poluentes atmosféricos são classificados em dois tipos: poluentes primários e poluentes secundários.

Os poluentes primários são originários de fontes poluidoras, indo diretamente para a atmosfera. São exemplos desse tipo de poluição os gases originários da descarga de um veículo automotor ou de uma chaminé de uma fábrica. Os principais gases emitidos são: monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx) – formados por monóxido de nitrogênio (NO) e pelo dióxido de nitrogênio (NO

2

) –, anidrido sulfuroso ou dióxido de enxofre (SO

2

) ou por material particulado (BRAUN et al., 2013).

Os poluentes secundários, segundo DALLAROSA (2005), são formados a partir de uma reação química. A reação de um poluente primário com constituintes naturais da atmosfera gera o poluente secundário. Como exemplos pertencentes dessa classe pode-se citar: ozônio (O

3

), peróxido de hidrogênio (H

2

O

2

), aldeídos (RCHO), peroxiacetilnitrato (PAN).

A Tabela 1 apresenta de forma sintética as principais fontes de poluentes

atmosféricos e sua origem.

(21)

Tabela 1 – Principais poluentes atmosféricos e sua origem

Poluente Origem

CO Processos de combustão incompleta.

CO

2

Combustão de combustíveis fósseis e outros materiais que apresentem carbono, além de ser gerado no processo de respiração.

SOx Combustão de combustíveis que apresentem enxofre em sua composição.

NOx Processos de combustão em geral, descargas elétricas na atmosfera e processos biogênicos.

Hidrocarbonetos Combustão incompleta de combustíveis e evaporação de combustíveis e solventes orgânicos.

Oxidantes Fotoquímicos Gerados a partir de poluentes lançados na atmosfera (NOx, Hidrocarbonetos), que reagem entre si, na presença de radiação solar.

Material Particulado Dispersão de poeira, fuligem, gotículas de óleo e pólen.

Metais Processos siderúrgicos, mineração e queima de carvão.

Ácido Fluorídrico Produção de alumínio e fertilizantes, refinarias de petróleo, indústria de flúor gasoso e ácido fluorídrico.

Amônia Fabricação de amônia e fertilizantes e processos biogênicos.

Gás Sulfídrico Refinarias de petróleo, indústria de celulose e papel e processos biogênicos (anaeróbios).

Pesticidas e Herbicidas Indústrias e aplicação no campo.

Substâncias Radioativas Explosões nucleares, usinas nucleares, depósitos naturais e queima de carvão.

Calor Processos de combustão, pela emissão de gases com temperatura elevada.

Compostos Orgânicos voláteis (COV)

Indústria Química, veículos automotores, armazenamento de combustíveis e atividades que usem solventes.

Fonte: MELLO Jr., Prof. Dr. Arisvaldo V. O Meio Atmosférico I. USP, 2012. (Adaptado)

2.2. USO DO BIODIESEL

Segundo HOEKMMAN et al (2012), os biocombustíveis são uma fonte importante energia renovável, especialmente desde que seu processo de produção passou a garantir sustentabilidade e crescimento econômico.

O biodiesel pode ser produzido a partir de diferentes tipos de biomassa,

tais como os óleos vegetais de várias origens vegetais e os óleos de cozinha

usados (HOEKMMAN et al, 2012).

(22)

O combustível mais comum é o biodiesel produzido através da transesterificação de óleos vegetais. Novas técnicas passaram a ser estudadas para a produção de biodiesel de segunda geração (BEZERGIANNI, DIMITRIADIS, 2013).

O biodiesel é um combustível de fonte renovável e biodegradável. É constituído de uma mistura de ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos, obtidos da reação de transesterificação de um triglicerídeo com um álcool de cadeia curta, metanol ou etanol. Tanto que, os efeitos do biodiesel são menores e mais variáveis para as emissões de NOx, embora geralmente NOx aumente ligeiramente com o uso de biodiesel. Refere-se a esse aumento como o "efeito de NOx biodiesel”. (ECKERLE, W. A. et al., 2008).

A mistura biodiesel/diesel recebe designações próprias. O biodiesel B-100 é biodiesel puro, já o biodiesel B-20 é uma mistura contendo 20% em volume de biodiesel. (PARENTE, 2003).

Com a evolução das pesquisas, nos últimos anos, para a produção de biodiesel por transesterificação tem-se optado pelo mecanismo de produção desse combustível com o uso de álcool metílico ou álcool etílico (PARENTE, 2003).

De acordo com SILVA et al (2009) o grande número de matérias-primas para a produção de biodiesel, os processos de produção e uso possuem grande vantagem. O tipo de matéria-prima a ser utilizado deve ser observado conforme as suas especificidades. Afirmam ainda os autores que o uso de biodiesel é baseado nos seguintes pontos positivos: (1) é renovável; (2) é menos tóxico e é biodegradável; (3) pode reduzir emissões de escape de partículas (PM), CO, HC e outros gases tóxicos; (4) pequenas modificações são necessárias para o funcionamento de motor de ignição por compressão; (5) motores de ignição por compressão de biodiesel são semelhantes em operação aos motores movidos a diesel.

O biodiesel também tem alguns atributos negativos: (1) poder calorífico

inferior, (2) menor volatilidade; (3) viscosidade mais elevada; (4) baixa a

estabilidade de armazenamento; (5) problema de compatibilidade material para

(23)

armazenamento; (6) possivelmente maior emissão de NOx; (7) ponto de entupimento a frio – sebo bovino e dendê (KNOTHE et al, 2006).

Independentemente da origem do biodiesel, as propriedades físicas e químicas são semelhantes entre si. Não importa a natureza da matéria-prima, bem como o reagente da transesterificação (álcool metílico ou álcool etílico) (PARENTE, 2003).

2.3. PROGRAMAS PARA USO DO BIODIESEL

“O consumo de biocombustível na União Europeia em 2011 foi de 13,6 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (tep), ou 392 mil tep a mais do que em 2010”. A informação é do Biofuels Barometer EurObserv’ER Report 2012. Na Europa, a Alemanha é a líder no uso de combustível renovável em transportes;

seu consumo equivale ao da França, Itália, Espanha, Áustria e República Tcheca juntas. Quase todo combustível verde consumido na Europa se divide entre bioetanol (21%) e biodiesel (78%); o restante são óleos vegetais (0,5%) e biogás (0,5%). De 2000 a 2008, o aumento do uso de biocombustível nos transportes europeus passou de 705 mil tep para 9,56 milhões de tep. Já entre 2008 e 2011, o avanço anual médio foi de 12,7%.

Conforme a revista Biodieselbr, análises desse programa apontam que ocorre uma melhora na lubricidade do diesel e uma diminuição na emissão de poluentes e GEE. O biodiesel é biodegradável e não apresenta toxicidade.

Também não requer, desde que em baixas concentrações, modificações técnicas nos motores (COSTA NETO et al, 2000).

A revista Biodieselbr coloca, ainda, que “o programa norte-americano de biodiesel é bem menor que o europeu e apresenta diferenças importantes. A principal matéria-prima utilizada é a soja, complementada com óleos de fritura usados”.

A produção de biodiesel dos EUA na safra 2012/13 totalizou 401 milhões

de litros em abril/2013, de acordo com órgão norte-americano de Administração

de Informações de Energia (AIE). Com um consumo de 192 mil toneladas no mês

(24)

de abril/2011, a matéria-prima mais consumida foi o óleo de soja. O Departamento de Agricultura dos EUA estima que 2,2 milhões de toneladas desse mesmo óleo foram utilizados na transesterificação para a produção de biodiesel no biênio 2012/13.

A revista Biodieselbr informa que o biodiesel na China ainda não recebeu uma especificação ou determinação de políticas de incentivos ao consumo ou produção. No entanto, existem usinas de produção de biodiesel com capacidade produtiva que varia de 5 a 10 mil t/ano. Essas usinas utilizam como matéria-prima restos de óleo de cozinha e óleos vegetais virgens. Está previsto o consumo de 228 milhões de toneladas de biodiesel em 2020. A revista Biodieselbr afirma ainda que, em 2012, 25 países da União Europeia produziram 15 bilhões de litros de biodiesel.

No final da década de 1990, o governo brasileiro norteou sua atenção aos projetos de pesquisa do biodiesel. Lançado em dezembro de 2003 pelo Governo Federal, o Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB) tornou-se um instrumento de geração de renda e inclusão social (MDA, 2013).

O PNPB é um programa do governo federal que tem como objetivo a implantação, de forma sustentável, a produção e o uso do biodiesel. A implantação de sustentabilidade técnica e econômica visa à geração de emprego, renda e à inclusão social.

Em 13 de janeiro de 2005 foi publicada a Lei 11.097, que propõe a adição de um percentual mínimo de biodiesel misturado ao óleo diesel. Atualmente essa mistura ao ser comercializada deve apresentar um percentual mínimo de 5%. Nos três primeiros anos de promulgação da lei, houve um percentual intermediário de 2%.

Por aproximadamente 50 anos, pesquisas sobre a produção e uso de biodiesel foram feitas no Brasil. Em 1980 foi registrada a primeira patente sobre o processo de produção desse combustível. A cadeia produtiva, bem como linhas de financiamento e estruturação da base tecnológica foi organizada pelo PNPB (MMA, 2013).

O programa de apoio financeiro ficou sob responsabilidade do Banco

Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) e é destinado a todas

as fases de produção. O financiamento abrange todas as fases de produção do

(25)

biodiesel, entre elas a fase agrícola, a produção de óleo bruto, o armazenamento, a logística, o beneficiamento de subprodutos e também a aquisição de máquinas e equipamentos homologados para o uso deste combustível.

No escopo PNPB, o Desenvolvimento Tecnológico é coordenado pelo Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT), o qual abrange a constituição da Rede Brasileira de Tecnologia de Biodiesel, cujo objetivo é a consolidação de um sistema gerencial entre os diversos setores envolvidos na pesquisa, no desenvolvimento e na produção de biodiesel (MME, 2013).

2.4. ASPECTOS DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL

A rota de conversão de óleos vegetais em biodiesel utiliza o processo de transesterificação. A reação ocorre em meio alcalino, com o uso de hidróxido de sódio ou de potássio, onde reagem triglicerídeos com um álcool (metanol ou etanol). Os produtos obtidos são glicerina e ésteres de ácidos graxos derivados de óleo vegetal. (DABDOUB et al, 2009).

A transesterificação é uma importante classe de reações orgânicas, por meio da qual um éster é transformado em outro, com a troca entre dois grupamentos alcóxidos.

Um alcóxido pode ser entendido como um composto resultante da reação de um haleto metálico com um determinado álcool, em presença de um receptor do ácido formado para deslocar a reação. Entre os grupos alcóxidos mais comuns encontram-se o metóxi (O–CH

3

), o etóxi (O–CH

2

–CH

3

), o n-propóxi (O–(CH

2

)

2

– CH

3

) e o sec-butóxi (H

3

C–(O)–CH–CH

2

–CH

3

). Se um dos reagentes for álcool, o processo de transesterificação também poderá ser chamado de alcoólise (AIROLDI et al, 2004).

Para a produção de biodiesel, misturam-se o álcool e catalisador

(hidróxido de sódio ou metóxido de sódio). A reação se processa a uma

temperatura de 70ºC, em que é acrescentado o óleo vegetal (DEMIRBAS, 2005).

(26)

A Figura 1 ilustra a equação da reação envolvida na transesterificação, utilizando etanol (rota etílica).

2.5. MATÉRIA-PRIMA PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL

O Brasil produz uma série diversificada de oleaginosas para produção de biodiesel. Podem ser citadas como exemplo: babaçu, canola, dendê, girassol, mamona, pinhão-manso, entre outras (MMA).

As propriedades químicas e físicas das oleaginosas estão associadas ao rendimento e à tecnologia de produção do biodiesel.

Ésteres de ácidos graxos são obtidos a partir de qualquer tipo de oleaginosa. Além da viabilidade econômica, deve-se conhecer também (PARENTE, 2003):

(I) o teor de óleo vegetal e a complexidade exigida no processo de extração;

(II) a produtividade por unidade de área;

(III) o ciclo de vida da planta;

(IV) sua adaptação territorial; e

(V) o impacto socioambiental de seu desenvolvimento.

Na Europa, a Alemanha é o maior produtor e consumidor de biodiesel extraído a partir da canola, e sua capacidade produtiva gira em torno de 1 milhão de toneladas/ano.

Figura 1. Mecanismo de reação de obtenção de biodiesel.

H

2

C

HC

H

2

C O

O

O O

O

O CR

CR’

CR”

+ 3 H

3

C–CH

2

OH

catalisador

H

2

C HC H

2

C

OH OH OH

+ H

3

C–CH

2

–O–CR’

O

+ H

3

C–CH

2

–O–CR”

O + H

3

C–CH

2

–O–CR

O

(27)

Os Estados Unidos utilizam a soja como matéria-prima de produção de biodiesel. A norma ASTM-6751 fixa para os Estados Unidos, como padrão, o B20, que é utilizado no transporte coletivo urbano, nos serviços públicos do governo.

Na França, os ônibus urbanos são abastecidos com B30. A Malásia é o maior produtor de óleo de dendê em escala mundial; sua produtividade é da ordem de 5.000 kg de óleo/ha.ano (MASUMN et al, 2013).

O Brasil detém 20% das terras agriculturáveis do mundo (FAYET, 2010) e tem um clima tropical propício à produção agrícola, colocando o país em ótima posição para a produção de biocombustível. As opções de oleaginosas para a produção de biodiesel apresentam uma grande opção de diversidade. A Região Norte do país é propícia à produção de palma e babaçu, sendo o estado do Piauí um grande produtor (SILVA, 2009). Soja, girassol e amendoim na Região Sul, Sudeste e Centro-Oeste. Para o Nordeste a mamona é a melhor opção.

A Tabela 2 apresenta os valores da produção de biodiesel puro no Brasil

nos últimos cinco anos.

(28)

Tabela 2 – Produção Nacional de Biodiesel Puro – B100

Volume produzido (m

3

)/ ANO

Meses 2009 2010 2011 2012 2013

Janeiro 90.352 147.435 186.327 193.006 226.505 Fevereiro 80.224 178.049 176.783 214.607 205.738 Março 131.991 214.150 233.465 220.872 230.752 Abril 105.458 184.897 200.381 182.372 253.591 Maio 103.663 202.729 220.484 213.021 245.934 Junho 141.139 204.940 231.573 214.898 236.441 Julho 154.557 207.434 249.897 230.340 260.671 Agosto 167.086 231.160 247.934 254.426 247.610 Setembro 160.538 219.988 233.971 252.243 252.714 Outubro 156.811 199.895 237.885 251.416 277.992 Novembro 166.192 207.868 237.189 245.321 265.176 Dezembro 150.437 187.856 216.870 244.962 214.364 Total anual 1.608.448 2.386.399 2.672.760 2.717.483 2.917.488 Fonte: ANP, conforme Resolução ANP n.° 07/2008.

2.6. PROPRIEDADES DO BIODIESEL

2.6.1. Propriedades Físicas

A densidade e a viscosidade do combustível são propriedades físicas

importantes para o funcionamento de motores de compressão. Essas

propriedades influenciam diretamente na injeção e circulação do combustível. O

biodiesel e o óleo diesel apresentam densidade e viscosidade muito semelhantes,

portanto, o motor não requer adaptações ou regulagens especiais (PARENTE,

2003).

(29)

A lubricidade, continua o autor, está ligada diretamente à viscosidade e à tensão superficial do combustível e mede o poder de lubrificação. O motor diesel exige um combustível que lubrifique seus componentes.

PARENTE (2003) caracteriza o ponto de névoa como a temperatura em que um líquido, através de refrigeração, começa a ficar turvo. Já o ponto de fluidez define a temperatura em que o líquido deixa de escoar. Essas propriedades dependem da origem do biodiesel e também do álcool, metanol ou etanol, utilizados na transesterificação. Em função do tipo de clima que ocorre no Brasil, não haverá problemas de congelamento do combustível.

Uma propriedade importantíssima sobre a segurança no armazenamento, manuseio e transporte de combustíveis é o ponto de fulgor. Ponto de fulgor é a temperatura em que um líquido torna-se inflamável quando na presença de uma fonte de ignição. O biodiesel puro apresenta ponto de fulgor superior à temperatura ambiente, portanto não é inflamável em condições normais de uso (PARENTE, 2003).

O poder calorífico indica a energia liberada pelo combustível, na sua queima, por unidade de massa. Segundo o Centro Brasileiro de Referências em Biocombustíveis (CERBIO) (TECPAR, 2004), o biodiesel tem propriedades similares àquelas apresentadas pelo diesel derivado de petróleo, apresentando poder calorífico entre 39,4 e 41,8 MJ.kg

–1

, enquanto que o diesel apresenta poder calorífico em torno de 45 MJ.kg

–1

.

Para os motores do ciclo Otto, a qualidade do combustível é medida pelo

índice de octanos (octanagem). Os motores diesel têm a qualidade do

combustível medida em índice de cetano (cetanagem). Um combustível de alta

cetanagem corresponde a um combustível de melhor qualidade, o que representa

um rendimento melhor. No biodiesel, o índice de cetano é 60, enquanto no óleo

diesel os índices estão situados entre 48 e 52. Em função desses valores

observa-se que o biodiesel queima muito melhor que um motor diesel.

(30)

2.6.2. Propriedades Químicas

Dentre as propriedades químicas do combustível biodiesel pode-se destacar o teor de enxofre e o poder de solvência.

Segundo WYATT et al, 2005, o biodiesel apresenta teor de enxofre igual a zero apenas no B100, portanto o biodiesel é isento desse elemento. As substâncias derivadas do enxofre são nocivas ao meio ambiente, afetando também o motor e seus componentes. Assim, o biodiesel é um combustível limpo.

Como o biodiesel é uma mistura de ésteres de ácidos carboxílicos, ocorre uma solubilização muito grande em substâncias orgânicas. Esse fator caracteriza o ponto de solvência de uma substância. O biodiesel solubiliza também resinas que compõem as tintas, portanto cuidados devem ser tomados para evitar danos à pintura dos veículos no momento do abastecimento (PARENTE, 2003).

Tanto na Europa quanto nos Estados Unidos existem normatizações para o biodiesel. Na Europa o padrão de normatização é DIN 14214 (Deutsches Institutfür Normung - DIN) já nos Estados Unidos a normalização é feita a partir das Normas ASTM D-6751.

As propriedades e características do biodiesel são determinadas pelas normas europeias e americanas.

As características e propriedades determinantes dos padrões de identidade e qualidade do biodiesel, de acordo com as normas ASTM e DIN, são:

acidez; cinzas; corrosividade; número de cetano; ponto de fulgor; ponto de névoa;

resíduo de carbono; teor de água e sedimentos; teor de enxofre; teor de glicerina livre e total; temperatura de destilação para 90% de recuperação; viscosidade.

2.7. EFEITOS DO NOx NA SAÚDE HUMANA E AMBIENTAL

O elevado número de veículos em circulação libera uma quantidade

significativa de gases poluentes. Esses gases causam sérios danos à saúde

(31)

humana e ambiental. Para diminuir esses danos, medidas eficazes de controle da poluição veicular devem ser adotadas de forma direta ou indireta.

Na natureza pode-se encontrar sete óxidos de nitrogênio diferentes. O óxido nitroso (N

2

O) é um gás estável e pouco reativo. O N

2

O é usado como anestésico, principalmente por dentistas. Também é conhecido como gás hilariante, porque quando inalado em pequenas quantidades provoca euforia.

Além do N

2

O pode-se encontrar o trióxido de dinitrogênio (N

2

O

3

), o tetróxido de dinitrogênio (N

2

O

4

), pentóxido de dinitrogênio (N

2

O

5

) e o trióxido de nitrogênio (NO

3

).

São encontrados também o óxido de nitrogênio (NO), um gás incolor, e o dióxido de nitrogênio (NO

2

). Este último é um gás castanho avermelhado e tóxico, quando inalado, e por ser uma substância de baixa solubilidade atinge as porções periféricas dos pulmões (LEE, 2000).

Estudos uniram poluição do ar e sua forma de afetar a saúde humana.

Doenças respiratórias afetam diretamente crianças, idosos elevando de forma significativa os índices de morbidade e mortalidade.

Dentre as doenças destacam-se: asma, bronquite, tosse, doença de obstrução crônica pulmonar, problemas cardiovasculares, que provocam enfarto do miocárdio, morbidez e mortalidade.

A Tabela 3 apresenta um resumo de artigos relacionados a alguns efeitos

de NOx na saúde humana. O NOx é computado a partir do somatório das

concentrações de NO e NO

2

, que são os principais contribuintes.

(32)

Tabela 3 – Resumo dos dados epidemiológicos relacionados à presença de NOx atmosférico

Efeito Referência Concentração de NOx Estudo

Asma GRUZIEVA, O. et al (2011) >10,6 mg/m

3

Estocolmo, Suécia, e Kiev, na Ucrânia

LINDÉN, J. et al (2011) >67 μg/m

3

Gothenburg, Suécia

HAIDONG, K. et al (2011) >10 μg/m

3

Shanghai, China Bronquite GHOSH, R.et al (2011) >35 μg/m

3

Califórnia,

Estados Unidos KALANTZI E. G. et al (2011) >NO: 13,52 μg/m

3

; NO

2

: 30,12

μg/m

3

; NOx: 40,67 μg/m

3

Grécia LIAQUAT A. M. et al (2010) >45 μg/m

3

Malásia Doenças

respiratórias

SAVA, F. e CARLSTEN, C.

(2012)

>5,8 mg/m

3

Vancouver,

Canadá TZAMKIOZIS L et al (2011) >43 μg/m

3

Tessalônica,

Grécia

Os problemas associados aos veículos automotores e aos gases emitidos têm efeitos sérios sobre a saúde ambiental. Os congestionamentos urbanos agravam mais ainda as emissões veiculares que prejudicam a saúde do ser humano.

Segundo definições das Resoluções do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) 003/1990 e 436/2011, poluente atmosférico é “toda e qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos em legislação e que tornem ou possam tornar o ar impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade”.

Os veículos automotores são as principais fontes de emissão de óxido

nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO

2

). Com temperaturas elevadas, o oxigênio

reage com o nitrogênio durante a combustão formando óxido nítrico, dióxido de

nitrogênio e outros óxidos derivados do nitrogênio (NOx). Esses óxidos são muito

reativos e, na presença de oxigênio atmosférico (O

2

), ozônio e HC, ocorre a

transformação do NO em NO

2

. O NO

2

produzido, na presença de luz do sol,

(33)

continua seu caminho reativo. Agora a reação do NO

2

ocorre com HC e O

2

formando ozônio, sendo este considerado um dos principais poluentes da troposfera (GUARIEIRO et al, 2011).

Consequentemente, são os agentes que alteram as características da atmosfera e geram impactos, tais como: danos à camada de ozônio, efeito estufa e/ou chuvas ácidas.

Assim, os grupos de poluentes que servem como indicadores de qualidade do ar, adotados mundialmente e que são escolhidos em função da frequência de ocorrência e de seus efeitos nocivos são: materiais particulados (MP), óxidos de enxofre (SOx), óxidos de nitrogênio (NOx), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO

2

), metano (CH

4

) e o ozônio (O

3

). Desses poluentes, são precursores do efeito estufa o CO, CO

2

e o CH

4

; que comumente são agrupados em função da ponderação dos seus níveis de impacto como CO

2eq

, dióxido de carbono equivalente (DIAS, 2013).

A concentração de poluentes está fortemente relacionada à composição dos combustíveis utilizados e nas condições meteorológicas.

Para além das emissões de GEE’s, como o dióxido de carbono (CO

2

), metano (CH

4

) e óxido nitroso (N

2

O), o setor dos transportes tem uma contribuição significativa na emissão de poluentes como óxidos de nitrogênio (NOx), óxidos de enxofre (SOx), compostos orgânicos voláteis (COV) e matéria partículada (PM), responsáveis por muitos impactos ambientais. Além disso, estes poluentes desempenham um papel fundamental na formação de ozônio (O

3

) (SAVA e CARLSTEN, 2012).

Segundo HOU et al (2008), o setor dos transportes gera impactos negativos em quatro grandes questões ambientais: alterações climáticas, O

3

troposférico, acidificação e exposição da população.

O O

3

troposférico é um poluente que resulta da reação entre a luz solar e outros poluentes como o CH

4

, COV, NOx e CO – precursores de O

3

. Os NOx e os COV são os principais intervenientes na sua formação (HOU et al, 2008).

A acidificação é um processo de conversão de poluentes atmosféricos

como NOx e SO

2

em substâncias ácidas. O monóxido de nitrogênio (NO)

resultante da combustão incompleta nos motores de veículos reage com o azoto

(34)

existente na atmosfera produzindo dióxido de nitrogênio (NO

2

) que, ao reagir com mais oxigênio e água, forma ácido nitroso (HNO

2

). Ao se depositar na superfície terrestre, essas substâncias provocam problemas como a desflorestação, a acidificação de massas de água, entre outros (LAPUERTA et al, 2007).

A emissão de GEE (LAPUERTA et al, 2007) no setor dos transportes resulta da combustão incompleta nos motores e são responsáveis pela absorção da radiação infravermelho (IV) que é reemitida pela superfície terrestre potencializando, assim, o efeito estufa.

Associados a esses acontecimentos, foram também observadas variações no teor de CO

2

na atmosfera, o que indica o fenômeno das Alterações Climáticas.

2.8. LEGISLAÇÃO PARA O USO DE BIODIESEL

Em 1991 surgiram na Europa normas de emissão de gases tóxicos liberada pelo escapamento de veículos automotores. Essas normas foram denominadas Euro e têm como objetivo o controle da poluição emitida por veículos automotores.

Os gases e partículas emitidos na atmosfera por veículos ciclo Otto e diesel são: óxido de nitrogênio (NOx); hidrocarbonetos totais (THC);

hidrocarbonetos não metálicos (NMHC); monóxido de carbono (CO); material particulado (PM).

Essas normas foram criadas e são atualizadas por novas normas, por

determinado tempo. São exemplos de normas: Norma Euro I – (EC 93 diretivas

91/441/CEE) apenas carros de passeios, e a diretriz 93/59/CEE para carros de

passeio e caminhões leves. Norma Euro II – (padrões CE 96), diretivas 97/12/CE

ou 96/69/CE. Norma Euro III/IV – do ano 2000 até 2005 a diretiva é 98/69/CE,

novas alterações aplicadas em 2002 (80/CE). Norma Euro V/VI – padrões

(2009/2014) o Regulamento 715/2007.

(35)

Tabela 4 – Limites de emissão de poluentes para veículos pesados na Europa (Diretiva 98/69/CEE) (1998)

Ciclo estacionário Ciclo transiente

Data Ruído (dB)

CO g/kW.h

HC g/kW.h

NOx g/kW.h

MP g/kW.h

Fumo (m

–1

)

CO

2

g/kW.h CO g/kW.h

NMHC g/kW.h

NOx g/kW.h

MP g/kW.h

1982 – 14,0 3,5 18,4 – – – – – – –

EURO 0 1990 – 11,2 2,4 14,4 – – – – – – –

EURO I 1993 83-85 4,5 1,1 8,0 0,36 – – – – – –

EURO II 1998 72-73 4,0 1,1 7,0 0,15 – – – – – – EURO III 2000 68-70 2,1 0,66 5,0 0,10 0,8 670 5,45 0,78 5,0 0,16 EURO IV 2005 – 1,5 0,46 3,5 0,02 0,5 670 4,0 0,55 3,5 0,03 EURO V 2008 – 1,5 0,46 2,0 0,02 0,5 670 4,0 0,55 2,0 0,03 NMHC – HC exceto metano

O ciclo estacionário corresponde ao teste de motores de combustão com o uso de dinamômetro em rotações específicas sem que ocorra o aumento de esforço. Já no ciclo transiente provoca-se um aumento no esforço de carga do motor com o aumento do número de rotações.

Com a criação do Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores – PROCONVE ‒ o Brasil passou a ter uma diretriz que visa à redução da emissão de poluentes ao meio ambiente. Algumas mudanças já foram feitas. A meta é tornar a legislação brasileira próxima às leis da Europa e dos Estados Unidos.

A legislação brasileira que trata da redução de emissão de poluentes por veículos automotores é a Lei n.

o

8.723 de 28 de outubro de 1993. Em seu artigo 1.º tem-se:

Como parte integrante da Política Nacional de Meio Ambiente, os

fabricantes de motores e veículos automotores e os fabricantes de

combustíveis ficam obrigados a tomar as providências necessárias para

reduzir os níveis de emissão de monóxido de carbono, óxido de

nitrogênio, hidrocarbonetos, álcoois, aldeídos, fuligem, material

particulado e outros compostos poluentes nos veículos comercializados

no País, enquadrando-se aos limites fixados nesta lei e respeitando,

ainda, os prazos nela estabelecidos.

(36)

O Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, editou em 06 de maio de 1986 a resolução n.

o

18, que institui o Programa de Controle de Poluição por Veículos Automotores – PROCONVE ‒, cujos objetivos são:

reduzir os níveis de emissão de poluentes por veículos automotores visando ao atendimento dos Padrões de Qualidade do Ar, especialmente nos centros urbanos;

promover o desenvolvimento tecnológico nacional, tanto na engenharia automobilística como também em métodos e equipamentos para ensaios e medições da emissão de poluentes;

criar programas de inspeção e manutenção para veículos automotores em uso;

promover a conscientização da população com relação à questão da poluição do ar por veículos automotores;

estabelecer condições de avaliação dos resultados alcançados;

 promover a melhoria das características técnicas dos combustíveis líquidos, postos à disposição da frota nacional de veículos automotores, visando à redução de emissões poluidoras à atmosfera;

A norma PROCONVE fixa prazos, limites máximos de emissão e define exigências tecnológicas para veículos automotores, nacionais e importados que circulam no território nacional.

A Tabela 5 apresenta as estratégias de implantação do PROCONVE para

veículos pesados, bem como as características e inovações de cada etapa.

(37)

Tabela 5 – Estratégia de implantação do PROCONVE para veículos pesados (Fases “P”)

Norma Período Característica/Inovação

P1 e P2 1990-1993 Em 1990 estavam sendo produzidos motores com níveis de emissão menores que aqueles que seriam requeridos em 1993 (ano em que teve início o controle de emissão para veículos deste tipo com a introdução das fases P1 e P2). Nesse período, os limites para emissão gasosa – fase P1 – e material particulado (MP) – fase P2 – não foram exigidos legalmente.

P3 1994-1997 O desenvolvimento de novos modelos de motores visaram à redução do consumo de combustível, aumento da potência e redução das emissões de NOx por meio da adoção de intercooler (*) e motores turbo. Nesta fase se deu uma redução drástica das emissões de CO (43%) e HC (50%).

P4 1998-2002 Reduziu ainda mais os limites criados pela fase P3.

P5 2003-2008 Teve como objetivo a redução de emissões de MP, NOx e HC.

P6 2009-2011 Em janeiro de 2009 deveria ter se dado o início da fase P6, conforme Resolução CONAMA n.º 315 de 2002, cujo objetivo principal, assim como na fase P5, era a redução de emissões de MP, NOx e HC.

P7 A partir de 2012

Resolução CONAMA n.º 403 de 2008 introduz uma fase que demanda sistemas de controle de emissão pós-combustão (catalisadores de redução de NOx e/ou filtros de MP).

Fonte: PROCONVE, 2001.

(*) O intercooler é um permutador de calor, tal como o radiador de um veículo. A sua utilização dá-se em motores sobrealimentados, ou seja, que utilizam turbo ou compressor mecânico. O ar, ao ser comprimido na sobrealimentação, aumenta a sua temperatura e consequentemente diminui a sua densidade. Logo, a função do intercooler é diminuir a temperatura do ar comprimido para que assim volte a aumentar a densidade.

Em vigor desde janeiro de 2012, a nova fase do programa é denominada PROCONVE P7. Trata-se de um programa de natureza idêntica à europeia EURO 5. O programa P7, que trata do limite de emissões, exige modificações nos motores e também um novo sistema de pós-tratamento dos gases de escapamento. O óleo diesel deve apresentar um menor teor de enxofre.

Faz parte também da P7 uma redução de 60% de óxido de nitrogênio

(NOx) e de 80% das emissões de material particulado (MP) quando comparados

a P5 (equivalente a EURO 3, válida para veículos produzidos até dezembro de

(38)

2011). Desde o início do programa em 1986 até os dias de hoje, a redução de material particulado da nova fase é de 96,3% e a de NOx, de 87,3%.

A Tabela 6 mostra os limites máximos de emissão do PROCONVE P7 de acordo com os poluentes.

Tabela 6 – Limites de emissão de poluentes para veículos pesados (norma PROCONVE)

POLUENTES

Veículos Pesados - Ciclo Diesel (Ciclo de testes ETC)

Veículos Pesados - Ciclo Diesel (Ciclo de testes ESC/ELR)

LIMITES LIMITES

Fase P-5 Fase P-6 Fase P-7 Fase P-5 Fase P-6 Fase P-7 desde

01/01/2004

a partir de 01/01/2009

a partir de 01/01/2012

desde 01/01/2004

desde 01/01/2009

a partir de 01/01/2012

CO (em g/kW.h) 5,45 4,00 4,00 2,10 1,50 1,50

HC (em g/kW.h) 0,78 0,55 0,55 0,66 0,46 0,46

NOx (em g/kW.h) 5,0 3,50 2,00 5,00 3,50 2,00

MP (em g/kW.h) 0,16 ou

0,21 0,03 0,03 0,10 ou

0,13 0,02 0,02

opacidade ELR (m

-1

) – – – 0,80 0,50 0,50

Fonte: IBAMA (Adaptado)

A legislação PROCONVE exige novas tecnologias para o controle de emissões em caminhões e ônibus. Uma alternativa utilizada é a recirculação do gás de escapamento, chamada de EGR (Exhaust Gas Recirculation).

2.9. FORMAÇÃO DE NOx A PARTIR DO BIODIESEL

Para o uso de biodiesel em motores a combustão, deve-se observar os

seguintes aspectos: combustibilidade, compatibilidade de uso e manuseio e,

principalmente, o impacto ambiental provocado por sua emissão.

(39)

A compatibilidade ao uso está relacionada à longevidade do motor, representada pela lubricidade e corrosividade. O manuseio está ligado ao transporte, armazenamento e distribuição do biodiesel (PARENTE, 2003).

Chama-se combustibilidade de uma substância a sua facilidade em realizar a combustão para a produção de energia mecânica. Em motores de combustão interna, como diesel, a combustibilidade está relacionada às seguintes propriedades do combustível: poder calorífico e índice de cetano (KNOTHE et al, 2006).

Segundo PARENTE (2003), o “poder calorífico de combustíveis é definido como a quantidade de energia interna contida no combustível, sendo que quanto mais alto for o poder calorífico, maior será a energia contida”. O índice de cetano é a “medida-chave da qualidade de combustão dos combustíveis diesel, e está relacionado com a velocidade de ignição (o período entre o início da injeção de combustível e o início da combustão)”.

Outros fatores que definem a qualidade de um combustível são a viscosidade cinemática e a tensão superficial, que interferem diretamente na qualidade de pulverização na injeção do combustível. A viscosidade cinemática é a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, a uma dada temperatura. A tensão superficial é a propriedade que um líquido possui de manter as moléculas unidas na sua superfície, assemelhando-se a uma membrana elétrica. Esta propriedade é consequência das forças intermoleculares.

No interior do líquido, cada molécula é atraída por outras moléculas em todas as direções do espaço, enquanto que as moléculas superficiais só estão submetidas à tensão das moléculas que têm por baixo (KNOTHE et al, 2006).

Como o efeito de NOx é geralmente muito menor do que o CO, HC, e de

material particulado, torna-se difícil quantificar NOx gerado em misturas de baixa

concentração de biodiesel, como B20 ou ainda menor. Neste sentido,

McCORMICK et al (2001) entendem que as emissões de NOx resultantes das

combinações B0, B20 e diesel, através de um grande número de ciclos de ensaio

e de motores, não são significativamente diferentes.

(40)

Esses mesmos autores em seus estudos buscam inferir primeiramente sobre os mecanismos de formação de NOx, destacando três processos de formação:

 NOx térmico: em temperaturas elevadas, tais como aquelas que ocorrem no interior da câmara de combustão de um motor a diesel, N

2

e O

2

podem reagir por meio de uma série de passos químicos conhecidos como mecanismo Zeldovich.

As Equações 1, 2 e 3 representam o mecanismo de Zeldovich para a geração de NOx por reações que envolvem o nitrogênio atmosférico e ocorrem durante a combustão.

O + N

2

⇌ NO + N H = + 75 kcal/mol (Equação 1) (T > 1500ºC) N + O

2

⇌ NO + O H = – 32 kcal/mol (Equação 2)

N + OH ⇌ NO + H H = – 47 kcal/mol (Equação 3)

Zeldovich concluiu que a taxa de formação de NO é muito mais lenta que a taxa das reações de combustão e que a maioria do NO era formado após a combustão completa.

 Prompt de NOx: a formação de "prompt NOx" (também conhecido como

"Fenimore NOx") envolve fragmentos de hidrocarbonetos intermediários da combustão de combustíveis – em particular CH e CH

2

– que reagem com N

2

na câmara de combustão.

 NOx combustível: espécies contendo nitrogênio são oxidadas a NO durante o processo de combustão dentro de um motor diesel.

Um esquema geral do mecanismo de formação do NO a partir do

nitrogênio contido no combustível consiste em (MARTINS e FERREIRA, 2010):

(41)

– Uma total ou parcial transformação do composto nitrogenado primário (N1) em uma série de compostos secundários intermediários (HCN, CN, NH

2

, NH, N ou simplesmente XN);

– Tais compostos intermediários são sujeitos a uma trajetória de dupla competição; uma consistindo na própria transformação em NO, pelo ataque de espécies contendo oxigênio (OX), e outra conduzindo à N

2

pelo ataque de espécies contendo nitrogênio, principalmente o próprio NO. As reações competitivas são:

N1  XN + OX  NO (Equação 4) N1  XN + NO  N

2

(Equação 5)

A geração de NOx pode variar dependendo de alguns fatores como tipo de motor e configuração, ciclo de serviço de injeção de combustível, controle de emissões. Grande número de teorias tem sido desenvolvidas para ajudar a compreender estes fatores e a explicar a predominância de dados de teste que mostram aumento de NOx com o uso de biodiesel em relação ao uso do diesel (McCORMICK et al, 2001).

A alta temperatura de combustão faz com que ocorra a dissociação das moléculas de oxigênio em átomos. Logo após estes as moléculas de nitrogênio no ambiente para a formação de NO. A taxa de conversão é proporcional à concentração de átomos de oxigênio (McCORMICK et al, 2001).

A máxima formação de NOx ocorre quando a mistura de ar/combustível está pobre (regime Lean de funcionamento). Isto porque no regime Lean existe uma alta concentração de oxigênio (HSU, 2002).

Para misturas ricas e estequiométricas, RAGGI (2005) comenta que, aumentando a rotação do motor, a formação de NOx permanece constante.

Porém, para misturas pobres, a formação de NOx é substancialmente reduzida pelo aumento de rotação. Razões de compressão mais elevadas para razão de equivalência da mistura estequiométrica ou rica diminuem a formação de NOx.

Duas regiões de combustão e seus efeitos da transferência de calor

constituem importantes fatores no resultado da formação de NOx. A não

(42)

observância desses fatores pode levar a uma estimativa da concentração de NOx com incerteza superior a 45%. A formação de NOx é mais sensível para misturas pobres do que para misturas ricas.

Em misturas pobres, o congelamento do NO acontece no início do processo de expansão, logo após o ponto máximo de pressão, havendo pouca decomposição do NO formado. Nas misturas ricas, ao contrário da mistura pobre, o congelamento acontece apenas ao término da expansão, ocorrendo uma substancial decomposição de NO. Portanto, a concentração final nas misturas pobres depende principalmente do pico de temperatura durante o processo de combustão, ao passo que nas misturas ricas, o que determina a formação de NO é a temperatura dos gases formados (RAGGI, 2005).

Durante a etapa de queima de difusão do jato de combustível, o combustível queima em regiões estequiométricas, independentemente da razão ar/combustível dentro do cilindro do motor (HSU, 2002).

O mecanismo de formação imediata de NOx gera a formação de óxidos nitrosos na chama da mistura de hidrocarboneto com o ar. No início, ocorre o ataque dos radicais de carbono e hidrogênio no nitrogênio para a formação de cianeto (HCN). Em seguida ocorre a oxidação do HCN para a formação de NO (HSU, 2002). A formação de NOx por este mecanismo ocorre em temperaturas baixas e é significativa em apenas chamas muito ricas de combustível (STONE, 1999). Esse mecanismo possui pouca importância em relação à quantidade geral de formação de NOx (HSU, 2002; STONE, 1999).

Outro mecanismo de geração de óxidos nitrosos consiste na oxidação de nitrogênio presente no combustível. A sua reação não é bem conhecida. A concentração de nitrogênio presente no diesel é muito pequena, provavelmente menos que 0,01% em peso, o que torna o mecanismo sem muita eficiência na formação de óxidos nitrosos em motores do ciclo diesel (HSU, 2002).

O alto grau de insaturação está relacionado com a temperatura mais

elevada de chama, gerando a formação de NOx térmico. Esse grau maior de

insaturação está relacionado diretamente ao número mais baixo de cetano. Essa

baixa quantidade de cetano afeta a ignição, ocorrendo um atraso na ignição, e

mudanças no estágio entre pré-misturado e combustão (HSU, 2002).

Referências

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