COMBUSTÍVEIS UTILIZADOS EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA E CALDEIRAS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PETRÓLEO

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MATHEUS ALVES GARRIDO

COMBUSTÍVEIS UTILIZADOS EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA E CALDEIRAS

CAMPINA GRANDE

MAIO, 2015

1. INTRODUÇÃO

Segundo Tillmann (2013), motor é uma máquina destinada a converter qualquer forma de energia térmica, elétrica, hidráulica, química e outras, em energia mecânica. Os motores de combustão interna realizam a transformação de energia térmica proveniente da combustão ou queima do combustível em energia mecânica. Distinguem-se aqui os dois principais tipos de motores, os que funcionam segundo a aspiração da mistura ar-combustível (Ciclo Otto) e posteriormente promovem a combustão pela queima da mistura através de uma faísca, e os motores que aspiram apenas o ar e, logo após a compressão, é pulverizado o combustível que logo promove a queima devido ao elevado calor e pressão gerados pela compressão do ar de admissão (Ciclo Diesel).

São considerados como máquinas térmicas nas quais para o processo de combustão o fluido de trabalho é convertido em energia mecânica. Os produtos resultantes da combustão, inseridos na mistura de ar/combustível, são confinados internamente em uma câmara de combustão (TILLMANN, 2013).

Caldeira é o nome popular dado para equipamentos destinados a gerar vapor, porém, segundo a legislação brasileira, caldeiras são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo (MTE, 2006).

Os combustíveis utilizados em motores de combustão interna (MCI), em sua maioria, são compostos por hidrocarbonetos. Podem ser originados de fontes minerais, vegetais ou animais. De fontes minerais, aparecem os derivados do petróleo, como óleo diesel, gasolina, querosene e alguns combustíveis gasosos. De fontes vegetais, aparecem o álcool combustível (etanol e metanol) e os variados tipos de biodiesel que podem ser originados de diversas plantas oleaginosas. Da decomposição de lixo orgânico e do estrume de animais, pode-se obter também o gás natural (principalmente metano), através da utilização de biodigestores. Combustíveis de fontes animais podem ser originados através da gordura animal, como o biodiesel de banha animal (CARVALHO, 2011).

Segundo Owen e Coley (1995), o efeito da qualidade do combustível no desempenho do motor é relativamente menor em relação à influência de outros parâmetros de projeto de motores. Porém, ao mesmo tempo em que houve progressos nos projetos tecnológicos de motores, houve também a necessidade de mudanças nos combustíveis, principalmente em relação ao índice de octanagem e às emissões.

Existem três tipos de combustíveis diferentes, os sólidos, os líquidos e os gasosos, em diferentes formas comerciais. A utilização dos sólidos nas caldeiras se dá por ser a biomassa o combustível mais utilizado e contar ainda com uma reserva significativa em certas regiões do país. O óleo teve na década de 70 um incentivo muito grande de seu consumo pelo baixo custo, enquanto o gás natural, que é um combustível novo na matriz energética do país, estando em fase de expansão, ainda necessita de diversos estudos para a adaptação do seu uso no mercado consumidor (DADAM et al., 2006).

Em motores de combustão interna os principais combustíveis utilizados são o óleo diesel, gasolina, álcool combustível e biodiesel. Nas caldeiras as principais fontes de energia são o óleo combustível, gás natural e os combustíveis sólidos (lenha).

O objetivo deste trabalho é apresentar os principais combustíveis utilizados em motores de combustão interna e caldeiras, bem como, suas características, propriedades, origem, processo de obtenção e controle de segurança no armazenamento e transporte.

1. CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS COMBUSTÍVEIS

O ponto de fulgor é a temperatura mínima na qual o vapor emanante do combustível sofrerá ignição momentânea ou explosão na presença de uma chama (MORO, 2000). É uma propriedade relacionada somente ao manuseio seguro do combustível. Ela não exerce influência direta sobre o desempenho da combustão (ARRUDA, 2009).

O poder calorífico é definido como a quantidade de calor produzido pela combustão completa de uma unidade de massa de combustível. O poder calorífico e distinguido em poder calorífico superior e poder calorífico inferior (CEFET-MG, 2009). O calor liberado pela combustão de uma unidade de massa de um combustível em um volume constante, com toda água condensada (no estado líquido), é denominado poder calorífico superior (CEFET-MG, 2009; SILVA, 2008). O calor liberado pela combustão de uma unidade de massa de um combustível, em pressão constante, com a água permanecendo no estado de vapor, é o poder calorífico inferior (ARRUDA, 2009).

Volatilidade é a grandeza que está relacionada à facilidade da substância de passar do estado líquido ao estado de vapor ou gasoso. Um combustível é tanto mais volátil quanto menor for a pressão interna e quanto maior for a temperatura externa (ARRUDA, 2009).

O calor latente é a quantidade de calor absorvido pelos corpos na sua mudança de estado, sem que haja aumento aparentemente de temperatura (CEFET-MG, 2009).

A viscosidade é uma medida da resistência ao escoamento de um fluido, parâmetro com importância relacionada ao manuseio dos combustíveis líquidos e com o processo de nebulização, sendo que os mais viscosos necessitam de níveis de temperaturas superiores, maiores investimentos em equipamentos de aquecimento e apresentam maiores custos operacionais inferior (ARRUDA, 2009).

A massa específica é definida como a massa contida em uma unidade de volume.

Ponto de fluidez é a temperatura mais baixa na qual o líquido ainda flui nas condições normais estabelecidas pelo método de determinação. Esta medida é importante para a determinação das características de armazenagem e de transporte do combustível. Não há uma relação direta entre o ponto de fluidez e a viscosidade do óleo combustível (SERFATY, 2007).

O ponto de entupimento, num processo gradual de resfriamento do combustível, significa a temperatura onde os cristais formados pela deposição de parafinas têm tamanho suficiente para entupir um filtro padrão (FERREIRA, 2008).