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A Figura 6.6 mostra as emissões dos gases monóxido de carbono CO (ppm) (a) e dióxido de carbono CO2 (%) (b), para cada sistema combustível ensaiado no motor BD 7.0 nas condições de potência especificadas.

Figura 6.6 – Gases de exaustão para os sistemas combustíveis ensaiados nas várias condições de carga no motor: (a) monóxido de carbono e (b) dióxido de carbono.

a) b)

Fonte: Autor.

Sabe-se que o monóxido de carbono é formado devido à combustão incompleta no processo de queima do combustível. Analisando a Figura 6.6 (a), pode-se perceber que para as potências 0,00, 0,33, 0,66, 0,99 kW as emissões de CO dos combustíveis microemulsionados foram maiores quando comparados com as emissões do diesel mineral DS10 em cada potência fixa, apresentando no pior cenário um aumento de 108% (10G comparado ao DS10 a 0,00 kW).

Na potência 1,33 kW já se pode observar uma equivalência dos valores analisados com diferenças médias de 4% e nas potências 1,66 e 1,99 kW todos os combustíveis microemulsionados apresentam valores de emissões de CO menores que os do diesel mineral DS10, sendo que na melhor das condições foi obtido uma redução de 19% (10G comparado ao DS10 a 1,99 kW).

Outros autores já observaram comportamentos semelhantes em seus trabalhos, e isso pode ser explicado pela combinação de dois fatores: num primeiro momento 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 0,33 0,66 0,99 1,33 1,66 1,99 M on óx id o de c ar bo no C O ( p pm ) Potência (kW) DS10 11T 2G 4G 6G 8G 10G 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0,33 0,66 0,99 1,33 1,66 1,99 D ió xi d o de c ar bo no C O2 (% ) Potência (kW) DS10 11T 2G 4G 6G 8G 10G

114 quando o motor trabalha a potências mais baixas, as temperaturas na câmara de combustão são mais baixas o que favorece o processo de combustão incompleta. Adicionalmente, a presença de água nos sistemas contribui para reduzir ainda mais essa temperatura, pois para a água evaporar ela retira o calor da câmara de combustão (DANTAS NETO; FERNANDES; BARROS NETO et al., 2011, SIDHU; ROY; WANG, 2018; CUI; HELMANTEL; GOLOVICHEV et al., 2009). É possível ainda ter esse efeito maximizado pela presença da glicerina que apresenta um alto calor de vaporização (HAGOS; ALI; MAMAT et al., 2017).

Esses fatores combinados geram um aumento das emissões de CO. Já na potência de 1,33 kW o aumento da temperatura da câmara de combustão começa a sobrepor o efeito da evaporação de água nos sistemas e da presença da glicerina. Nas potências 1,66 e 1,99 kW as altas temperaturas do motor favorecem o processo de combustão completa com consequente redução nas emissões de CO, comparativamente com o DS10 (SINGH; BHARJ, 2015; ALAHMER, 2013).

Destaca-se ainda como contribuição, para altas potências e altas temperaturas na câmara de combustão, o efeito da atomização secundária da mistura combustível provocada pela evaporação vigorosa da água. As micro gotículas de glicerina parecem participar de maneira eficiente da combustão para essas condições, esse comportamento de combustão eficiente da glicerina foi observado em trabalhos anteriores (MCNEIL; DAY; SIROVSKI, 2012; STEINMETZ; HERRINGTON; WINTERROWD, 2013).

A Figura 6.6 (b) mostra que as emissões de CO2 apresentam um aumento dos valores com o aumento da potência no motor. Isso é explicado pelo aumento das temperaturas da câmara de combustão favorecer a queima completa dos sistemas combustíveis. Uma análise pontual em cada potência específica mostra que os sistemas microemulsionados apresentaram valores menores para as emissões de CO2 quando comparados ao DS10.

Autores reportaram que a presença de água e glicerina na câmara de combustão aumenta a oferta de O2 disponível para participação na reação de combustão. Desse modo, o aumento da concentração dessas espécies favorece o processo de oxidação completa do combustível e consequentemente um aumento na quantidade de CO2 gerado (SEIFI; DESIDERI; GHORBANI et al., 2019; ALAHMER, 2013; OGUNKOYA; LI; ROJAS et al., 2015). Esse efeito se torna mais evidente para as maiores potências no motor, chegando a uma redução de 5% para o sistema 10G

115 comparado ao DS10 a 1,99 kW. Essa análise corrobora com a análise das emissões de CO citadas anteriormente.

A Figura 6.7 mostra as emissões dos óxidos de nitrogênio NOx (ppm) (a) e a temperatura de saída dos gases (°C) (b) para cada sistema combustível ensaiado no motor BD 7.0 nas condições de potência especificadas.

Figura 6.7 – Gás de exaustão e temperatura de saída para os sistemas combustíveis ensaiados nas várias condições de carga no motor: (a) óxidos de

nitrogênio e (b) temperatura de saída dos gases.

a) _b)

Fonte: Autor.

As emissões de NO e NO2 foram combinadas para fornecer as emissões de NOx durante os ensaios de combustão. O processo de formação do monóxido de nitrogênio (NO) ocorre por meio da reação química do nitrogênio gasoso (N2) e oxigênio molecular (O2) presente na atmosfera. Entretanto, esta reação não ocorre facilmente devido a necessidade de altas temperaturas. Ao se formar, o NO pode se combinar com o O2 para dar origem ao NO2.

Analisando a Figura 6.7 (a), pode-se notar o aumento das emissões com o aumento da carga de potência dissipada no motor e isso se deve ao aumento da temperatura na câmara de combustão gerando assim condições favoráveis para produção de NO e NO2. Pesquisadores tem reportado também que o O2 presente nos combustíveis é mais eficiente para a formação de NOx do que o O2 externo admitido com o ar (OPRESCU; DRAGOMIR; RADU et al., 2014; SHIRNESHAN, 2013). Analisando-se o efeito das emissões para cada potência estudada nesse trabalho pode-se afirmar que os sistemas que apresentam apenas tensoativos em sua composição (11T), 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 0,33 0,66 0,99 1,33 1,66 1,99 Ó xi do s de N it rg ên io N Ox (p pm ) Potência (kW) DS10 11T 2G 4G 6G 8G 10G 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 0,33 0,66 0,99 1,33 1,66 1,99 T em pe ra tu ra d e sa íd a do s ga se s (° C ) Potência (kW) DS10 11T 2G 4G 6G 8G 10G

116 apresentam valores maiores de NOx quando comparados com os dados do DS10 isso já foi observado no trabalho de Fernandes et al. (2011). Para os sistemas que apresentam água e glicerina em sua composição pode se observar uma redução das emissões de NOx comparativamente ao DS10. Muitos pesquisadores tem reportado esse fato como sendo devido à diminuição da temperatura da chama na câmara de combustão que diminui a taxa de reação química para formação do NOx (RAO; ANAND, 2016; JAZAIR; KUBO; TAKAYASU et al., 2011; ALAHMER; YAMIN; SAKHRIEH et al., 2010; SUBRAMANIAN, 2010).

De fato esta redução se deve ao alto calor de evaporação da água e ao baixo poder calorífico das misturas, provocando uma reação endotérmica absorvendo o calor da câmara de combustão (MAIBOOM; TAUZIA, 2011; ZHANG; CHEN; SHEN et al., 2013). Adicionalmente, maiores quantidades de água e glicerina nos sistemas promovem uma maximização deste fenômeno (SIDHU; ROY; WANG, 2018; ATTIA; KULCHITSKIY, 2013).

Analisando-se a Figura 6.7 (b) pode-se notar que as temperaturas dos gases de exaustão também sofrem aumento com o aumento da carga de potência no motor. Adicionalmente, o efeito da presença de água reduz as temperaturas dos gases de exaustão para uma análise em cada potência específica (FAHD; WENMING; LEE et al., 2013). Essas observações corroboram o comportamento das emissões de NOx citados anteriormente. Na melhor condição foi obtido uma redução de até 11% no valor da temperatura de exaustão para o sistema 10G comparado ao DS10 a 1,99 kW.

6.4. Conclusões

Com bases nos resultados apresentados, pode se concluir que:

 Os sistemas desenvolvidos com concentrações variadas de solução de glicerina apresentam grande estabilidade termodinâmica, com potencial aplicação em motores diesel;

 O aumento da concentração de água e glicerina nos sistemas provoca um aumento no consumo específico. Isso se deve principalmente a redução do poder calorifico dos combustíveis, mas isto foi minimizado com o aumento da carga de potência, participação da glicerina na combustão e aumento da eficiência térmica dos sistemas;

117  As emissões de CO dos sistemas combustíveis formulados foram maiores que o DS10 para baixas cargas e para altas cargas todos foram menores e com o melhor resultado obtido uma redução de 19%;

 As emissões de CO2 e NOx aumentaram com a carga, mas valores menores que o do diesel DS10 foram encontrados para potências maiores.

 Uma redução de até 11% nas temperaturas dos gases de exaustão foi obtida e isso pode ser explicado principalmente pela evaporação da água;

 Devido à presença da água e glicerina nos sistemas foram observados comportamentos distintos para as condições de potências estudadas. Para baixas cargas, prevalecem os efeitos da redução de temperatura, aumento de massa específica e diminuição do poder calorifico. Em altas cargas, a atomização secundária provocada pela água gera uma melhor mistura ar-combustível, posiciona a glicerina de maneira favorável na reação de combustão gerando um incremento de eficiência e redução de emissões de poluentes.

118

6.5. Referências

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CAPÍTULO 7

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