Emissões de gases de um motor agrícola de ignição por compressão utilizando misturas de óleo Diesel, biodiesel e etanol

Bertinatto, Rovian; Schlosser, José Fernando; Herzog, Daniela; Bertollo, Gilvan Moisés; Mas, Guilherme Dal; Osmari, Junior Garlet

RESUMO:

Misturas de óleo Diesel mineral, biodiesel e etanol formam estratégias de substituição parcial do combustível de origem fóssil, aplicáveis em motores de ignição por compressão, com o intuito de redução das emissões de gases. Neste trabalho realizaram-se avaliações experimentais em um motor de trator agrícola de ignição por compressão, multi-cilíndrico, turboalimentado com aftercooler, gerenciamento eletrônico da injeção e sistema de tratamento de gases EGR. Foram utilizados óleo Diesel de baixo (BS10 -10 ppm) e alto teor de enxofre (BS500 - 500 ppm), com 10% de biodiesel em sua constituição, em misturas com concentrações de 5%, 10%, 15% e 20% do volume total, compostas por etanol anidro aditivado, totalizando oito combustíveis em mistura e duas condições de referência (sem etanol). Foram avaliadas as emissões de gases CO, HC, NOx e HC+NOx, segundo os oito modos de operação (M) da norma ABNT NBR ISO 8178-4. Dentre os resultados encontrados, com o incremento das concentrações de etanol nas misturas ocorreu o aumento das emissões de CO, NOx e HC+NOx. Já o HC apresentou um comportamento de maiores emissões para combustíveis com alto teor de enxofre (BS500) em baixas cargas. Não houve diferença para as emissões de NOx em altas cargas. Já nos demais modos de operação, para o BS10 ocorreram comportamentos diversos, em alguns momentos aumentando e em outros diminuindo as emissões de NOx. Já para o BS500, o comportamento das emissões de NOx foi de aumento com o incremento das concentrações de etanol. Devido as emissões específicas de NOx serem maiores que as de HC (em g.kW^-1.h^-1), o comportamento do HC+NOx foi similar ao do NOx. Considerando apenas a análise direta dos modos de operação, a utilização de etanol causa o aumento das emissões, superando os valores limites da MAR-1 e EURO V.

Palavras-chave:
biocombustíveis; injeção eletrônica; misturas Diesel-biodiesel-etanol; normativas de emissões; trator

[1] E-mail: engrovian@gmail.com. ^*Corresponding author

	--------Diesel oil (sulphur)------		Biodiesel	Anhydrous ethanol with additives	Specific gravity
Treatments	(10 ppm)	(500 ppm)
	------------------------------------------------(%)-------------------------------------------------				(kg.m^-3, 20 ºC)
BS10 - 0% ethanol	90	0	10	0	844.4
BS10 - 5% ethanol	85.5	0	9,5	5	840.2
BS10 - 10% ethanol	81	0	9	10	839.5
BS10 - 15% ethanol	76.5	0	8.5	15	834.8
BS10 - 20% ethanol	72	0	8	20	833.3
BS500 - 0% ethanol	0	90	10	0	848.0
BS500 - 5% ethanol	0	85.5	9.5	5	844.1
BS500 - 10% ethanol	0	81	9	10	842.3
BS500 - 15% ethanol	0	76.5	8.5	15	838.2
BS500 - 20% ethanol	0	72	8	20	836.6

Characteristics	Unit	BS10^*	BS500^*	Anhydrous ethanol	Test method
Total acidity (max)	mg.L^-1			30	ABNT NBR 9866
Electric conductivity (max)	µS.m^-1			300	ABNT NBR 10547
Total sulphur (max)	mg.kg^-1 (ppm)	10	500	-	ASTM D 5453
Specific gravity	kg.m^-3 (20 ºC)	844.4	848	790.1	ABNT NBR 7148 ASTM D 4052
Cetane number (min)		48	42	6	ASTM D 6890
Flash point (min)	ºC	38	38		ASTM D 93
Alcohol content (min)	wt%			99.3	ASTM D 4052
Kinematic viscosity	mm².s^-1 (40 ºC)	2 a 4.5	2 a 5		ABNT NBR 10441

	Comb	Ethanol	--------------------------------Operating modes of the ABNT NBR ISO 8178-4-------------------------
			M1	M2	M3	M4	M5	M6	M7	M8
CO (g.kW^-1.h^-1)	BS10	0%	0.24^aC2*	0.17^aCD2	0.06^aD3	0.62^bB5	0.27^aC23	0.26^aC3	0.29^aC2	0.89^aA5
	BS500	0%	0.33^aC2	0.28^aCD2	0.16^aCD2	0.95^aA5	0.32^aC2	0.28^aCD3	0.13^bD4	0.60^bB5
	BS10	5%	0.37^aC12	0.39^bC1	0.31^bC2	2.60^bA4	0.43^bC12	0.47^bC2	0.48^bC1	2.39^bB4
	BS500	5%	0.47^aD12	0.52^aCD1	0.47^aD1	2.87^aB4	0.59^aCD1	0.64^aCD1	0.67^aC2	3.82^aA4
	BS10	10%	0.47^aC1	0.50^aC1	0.43^bC12	4.29^aB2	0.55^aC1	0.60^aC12	0.57^bC1	8.37^aA2
	BS500	10%	0.52^aD1	0.59^aCD1	0.56^aCD1	3.64^bB3	0.62^aCD1	0.69^aCD1	0.73^aC12	6.57^bA3
	BS10	15%	0.25^aD2	0.16^bD2	0.46^bC12	3.96^bB3	0.23^bD3	0.22^bD3	0.09^bD3	5.58^bA3
	BS500	15%	0.56^aE1	0.65^aDE1	0.62^aDE1	5.87^aB2	0.67^aDE1	0.77^aCD1	0.85^aC1	11.88^aA2
	BS10	20%	0.50^aC1	0.53^aC1	0.48^aC1	11.43^aB1	0.56^aC1	0.65^aC1	0.60^aC1	15.03^bA1
	BS500	20%	0.34^bCD2	0.34^bCD2	0.24^bD2	9.96^bB1	0.41^bCD2	0.45^bC2	0.35^bCD3	20.12^aA1

HC (g.kW^-1.h^-1)	BS10	0%	0.03^aB2*	0.02^bD2	0.02^bC2	0.06^bA2	0.03^bB2	0.03^bB2	0.02^bCD2	0.00^bE2
	BS500	0%	0.03^aF3	0.04^aE2	0.06^aC3	0.18^aA3	0.05^aD1	0.05^aD1	0.05^aD3	0.15^aB3
	BS10	5%	0.00^bA4	0.00^bA4	0.00^bA5	0.00^bA3	0.00^bA4	0.00^bA4	0.00^bA3	0.00^bA2
	BS500	5%	0.03^aD3	0.03^aD3	0.03^aD4	0.09^aB5	0.04^aC2	0.04^aC2	0.04^aC4	0.11^aA4
	BS10	10%	0.01^bA3	0.01^bA3	0.01^bA3	0.00^bB3	0.01^bA3	0.00^bB4	0.00^bB3	0.00^bB2
	BS500	10%	0.04^aF2	0.06^aD1	0.07^aC1	0.20^aB2	0.05^aE1	0.05^aE1	0.06^aD2	0.25^aA2
	BS10	15%	0.05^aB1	0.05^bB1	0.05^bB1	0.16^bA1	0.04^bC1	0.04^bC1	0.04^bC1	0.03^bD1
	BS500	15%	0.05^aF1	0.05^aE1	0.06^aD2	0.22^aB1	0.05^aEF1	0.05^aEF1	0.07^aC1	0.27^aA1
	BS10	20%	0.01^bA3	0.01^bA3	0.00^bB4	0.00^bB3	0.01^bA3	0.01^bA3	0.00^bB3	0.00^bB2
	BS500	20%	0.03^aD3	0.03^aD3	0.03^aD4	0.14^aA4	0.04^aC2	0.03^aD3	0.03^aD5	0.10^aB5

NOx (g.kW^-1.h^-1)	BS10	0%	2.70^aD1*	2.68^aD12	3.40^aB2	7.54^aA4	2.46^aE1	2.35^aE1	3.09^aC12	7.63^bA5
	BS500	0%	2.54^bD2	2.50^bD2	3.30^aC2	7.13^bB5	2.27^bE1	2.17^bE1	2.62^bD1	8.27^aA4
	BS10	5%	2.79^aD1	2.79^aD12	3.61^aB1	9.46^aA3	2.54^aE1	2.48^aE1	3.10^aC1	9.63^aA4
	BS500	5%	2.71^aD1	2.63^bD12	3.44^bC12	8.12^bB4	2.27^bE1	2.22^bE1	2.65^bD1	9.62^aA3
	BS10	10%	2.83^aE1	2.83^aE1	3.66^aC1	10.13^aB2	2.57^aE1	2.47^aE1	2.93^aE23	12.10^aA1
	BS500	10%	2.69^bD12	2.67^bD1	3.53^bC1	8.54^bB3	2.34^bE1	2.26^bE1	2.70^bD1	11.37^bA1
	BS10	15%	2.82^aC1	2.82^aC1	3.68^aB1	10.46^aA1	2.41^aD1	2.38^aD1	2.78^aC3	10.39^bA2
	BS500	15%	2.74^aD1	2.69^bD1	3.52^bC1	10.56^aB1	2.35^aE1	2.28^aE1	2.65^bD1	11.06^aA2
	BS10	20%	2.73^aE1	2.66^aEF2	3.54^aC12	10.43^aA1	2.51^aFG1	2.37^aG1	3.20^aD1	10.04^bB3
	BS500	20%	2.67^aD12	2.60^aD12	3.47^aC1	9.80^bB2	2.36^bE1	2.26^aE1	2.72^bD1	11.15^aA2

HC + NOx (g.kW^-1.h^-1)	BS10	0%	2.73^aD1*	2.70^aD12	3.43^aB3	7.59^aA5	2.47^aE1	2.38^aE1	3.12^aC1	7.63^bA5
	BS500	0%	2.58^bD2	2.55^bD2	3.36^aC2	7.32^bB5	2.32^bE1	2.22^bE1	2.67^bD1	8.41^aA4
	BS10	5%	2.79^aD1	2.79^aD12	3.61^aB12	9.46^aA4	2.54^aE1	2.48^aE1	3.10^aC1	9.63^aA4
	BS500	5%	2.74^aD12	2.67^bD12	3.48^bC12	8.21^bB4	2.31^bE1	2.26^bE1	2.69^bD1	9.72^aA3
	BS10	10%	2.85^aD1	2.84^aD1	3.67^aC12	10.13^aB3	2.58^aE1	2.48^aE1	2.93^aD2	12.10^aA1
	BS500	10%	2.73^aD12	2.73^aD1	3.60^aC1	8.74^bB3	2.39^bE1	2.30^bE1	2.75^bD1	11.62^bA1
	BS10	15%	2.74^aD1	2.86^aD1	3.73^aC1	10.61^bA1	2.44^aE1	2.41^aE1	2.82^aD2	10.61^bB2
	BS500	15%	2.79^aD1	2.74^bD1	3.58^bC1	10.78^aB1	2.40^aE1	2.33^aE1	2.71^aD1	11.32^aA2
	BS10	20%	2.75^aE1	2.67^aEF2	3.54^aC23	10.43^aA2	2.52^aFG1	2.4^aG1	3.20^aD1	10.04^bB3
	BS500	20%	2.70^aD12	2.63^aD12	3.51^aC12	9.94^bB2	2.40^bE1	2.29^aE1	2.75^bD1	11.25^aA2

	M	Equations BS10	R² BS10	Equations BS500	R² BS500
CO	1	$y = 332.03 x^{3} - 101.99 x^{2} + 8.3911 x + 0.2262$	0.71	$y = - 21.005 x^{2} + 4.4328 x + 0.3148$	0.89
	2	$y = 544.75 x^{3} - 167.97 x^{2} + 13.607 x + 0.1479$	0.74	$y = - 31.623 x^{2} + 6.8474 x + 0.2644$	0.93
	3	$y = - 15.484 x^{2} + 5.0544 x + 0.075$	0.99	$y = - 40.475 x^{2} + 8.6745 x + 0.1516$	0.94
	4	$y = 5397.4 x^{3} - 1362.9 x^{2} + 110.75 x + 0.4554$	0.97	$y = 2008.6 x^{3} - 436.51 x^{2} + 52.026 x + 0.983$	0.99
	5	$y = 460.24 x^{3} - 140.72 x^{2} + 11.198 x + 0.2493$	0.65	$y = - 29.679 x^{2} + 6.4182 x + 0.3244$	0.93
	6	$y = 597.73 x^{3} - 181.74 x^{2} + 14.378 x + 0.2327$	0.71	$y = - 37.98 x^{2} + 8.5045 x + 0.284$	0.95
	7	$y = 723.21 x^{3} - 214.88 x^{2} + 15.576 x + 0.262$	0.67	$y = - 58 x^{2} + 12.854 x + 0.1318$	0.94
	8	$y = 5166.4 x^{3} - 1345.7 x^{2} + 133.18 x + 0.4052$	0.87	$y = 2.267.85 x^{3} - 319.56 x^{2} + 70.8 x + 0.64$	0.99
HC	1	$y = - 80 x^{3} + 24.286 x^{2} - 1.7571 x + 0.0314$	0.91	$y = - 25.357 x^{3} + 6.556 x^{2} - 0.3014 x + 0.0311$	0.99
	2	$y = - 73.333 x^{3} + 21.714 x^{2} - 1.4595 x + 0.0216$	0.88	$y = - 38.095 x^{3} + 9.9593 x^{2} - 0.5252 x + 0.0404$	0.87
	3	$y = - 80.595 x^{3} + 23.76 x^{2} - 1.6327 x + 0.0259$	0.89	$y = - 54.999 x^{3} + 14.847 x^{2} - 0.8962 x + 0.0535$	0.80
	4	$y = - 246.67 x^{3} + 72.694 x^{2} - 4.9507 x + 0.0639$	0.75	$y = - 203.1 x^{3} + 59.021 x^{2} - 3.8928 x + 0.1766$	0.87
	5	$y = - 63.57 x^{3} + 19.76 x^{2} - 1.502 x + 0.0308$	0.96	$y = - 20 x^{3} + 5.7143 x^{2} - 0.3929 x + 0.0496$	0.89
	6	$y = - 64.761 x^{3} + 20.479 x^{2} - 1.6054 x + 0.0313$	0.87	$y = - 28.572 x^{3} + 7.7553 x^{2} - 0.5082 x + 0.0496$	0.95
	7	$y = - 69.047 x^{3} + 20.918 x^{2} - 1.5396 x + 0.0255$	0.80	$y = - 46.547 x^{3} + 12.332 x^{2} - 0.6964 x + 0.05$	0.94
	8	$y = - 43.809 x^{3} + 12.204 x^{2} - 0.6884 x + 0.0019$	0.71	$y = - 244.29 x^{3} + 62.602 x^{2} - 2.9847 x + 0.1442$	0.96
NOx	1	$y = - 11.816 x^{2} + 2.534 x + 2.7007$	0.99	$y = - 11.107 x^{2} + 2.7825 x + 2.5603$	0.86
	2	$y = - 17.439 x^{2} + 3.4613 x + 2.6689$	0.97	$y = - 12.934 x^{2} + 3.0671 x + 2.5069$	0.98
	3	$y = - 21.378 x^{2} + 4.9376 x + 3.4051$	0.98	$y = - 13.622 x^{2} + 3.5773 x + 3.3013$	0.99
	4	$y = 592.5 x^{3} - 298.62 x^{2} + 50.471 x + 7.5534$	0.99	$y = - 1471.5 x^{3} + 387.64 x^{2} - 5.3129 x + 7.2286$	0.92
	5	$y = 222.74 x^{3} - 71.643 x^{2} + 5.7449 x + 2.4378$	0.74	$y = 0.5086 x + 2.2671$	0.87
	6	$y = - 9.9234 x^{2} + 1.8543 x + 2.3737$	0.64	$y = 0.4657 x + 2.1922$	0.78
	7	$y = 483.45 x^{3} - 121.61 x^{2} + 5.5199 x + 3.0859$	0.99	Not significant
	8	$y = 591.19 x^{3} - 430.83 x^{2} + 74.584 x + 7.4828$	0.86	$y = - 130.98 x^{2} + 40.613 x + 8.1968$	0.95
HC+NOx	1	$y = - 11.561 x^{2} + 2.5272 x + 2.7184$	0.87	$y = - 12.138 x^{2} + 3.0279 x + 2.5875$	0.90
	2	$y = - 17.286 x^{2} + 3.4707 x + 2.6824$	0.87	$y = - 14.464 x^{2} + 3.3903 x + 2.5406$	0.98
	3	$y = - 21.423 x^{2} 2 + 4.9643 x + 3.4213$	0.92	$y = - 15.173 x^{2} + 3.8426 x + 3.3477$	0.97
	4	$y = 355.71 x^{3} - 229.07 x^{2} + 45.782 x + 7.6116$	0.99	$y = - 1677 x^{3} + 447 x^{2} - 9.25 x + 7.4$	0.93
	5	Not significant		Not significant
	6	$y = - 9.0816 x 2 + 1.6785 x + 2.3944$	0.83	Not significant
	7	$y = 423.81 x^{3} - 103.19 x^{2} + 4.0971 x + 3.1126$	0.99	Not significant
	8	$y = 550.24 x^{3} - 419.42 x^{2} + 73.94 x + 7.4845$	0.86	$y = - 241.79 x^{3} - 69.209 x^{2} + 37.711 x + 8.3379$	0.95

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