PROGRAMA PARANAENSE DE BIOENERGIA
MISTURAS DE ÓLEOS VEGETAIS E DIESEL EM
MOTORES DE TRATORES
6º Congresso Internacional de Bioenergia
Centro de Eventos da FIEP
Curitiba, 18 de agosto de 2011
José Carlos Laurindo
TECPAR/CERBIO
INTRODUÇÃO
 Com o intuito de subsidiar e responder questões relativas às misturas de óleos
vegetais e Diesel, utilizadas como combustíveis para motores Diesel em tratores
agrícolas, o CERBIO – Centro de Energias Renováveis do TECPAR – Instituto de
Tecnologia do Paraná, em parcerias com a UEM – Universidade Estadual de
Maringá e o CPRA – Centro Paranaense de Referência em Agroecologia, da
Secretaria Estadual de Agricultura e Abastecimento - SEAB, realizaram
experimentos de campo de junho de 2007 a setembro de 2010 .
 Na Fazenda Iguatemi do Setor de Ciências Agrárias da UEM, em Maringá PR, foi
monitorado o trator Massey Fergusson MF-275, consumindo misturas de óleo
vegetal e Diesel, como combustível.
 No CPRA,em Pinhais PR, foi monitorado o trator da Case New Holand CNH-TT
55, consumindo as mesmas misturas de óleo vegetal e Diesel.
 Nestes experimentos as máquinas operaram com misturas dos óleos de soja ou
de girassol com Diesel comercial metropolitano, no trator CNH-TT 55 e com Diesel
comercial interior, no trator MF-275.
2
ORIGEM DOS ÓLEOS VEGETAIS
 Óleo Vegetal bruto de soja extraído e
filtrado mecanicamente a frio, na usina
Witmarsum.
 Óleo Vegetal bruto de girassol extraído e
filtrado mecanicamente a frio, na Planta do
Instituto Cristão de Desenvolvimento – ICD /
COPERBIOBRASIL, instalada no CPRA.
3
EXTRAÇÃO DOS ÓLEOS VEGETAIS
 Equipamentos
da Mini Usina Witmarsum.
4
EXTRAÇÃO DOS ÓLEOS VEGETAIS
 Equipamentos da Mini Usina Witmarsum.
5
EXTRAÇÃO DOS ÓLEOS VEGETAIS
 Mini
Usina Compacta do – ICD, instalada no CPRA.
6
CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS VEGETAIS
 Valores de viscosidades
a 40 0C em função do teor de óleo de soja na mistura
Porcentagem de óleo vegetal
(% volume)
Viscosidade cinemática a 40 ºC
(mm2/s)
0
# 3.11 (Diesel puro)
10
3.97
15
4.49
19
4.91
20
5.07
100
31.50 (OV puro)
# Viscosidade máxima para o Diesel 5 mm2/s (ANP 15)
Fonte: CERBIO
7
CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS VEGETAIS
 Valores de viscosidade cinemática de OV-100 e OV-20 em função
da temperatura
Temperatura
(ºC)
Óleo de soja puro OV-100
(Viscosidade em mm2/s)
Mistura OV-20
(Viscosidade em mm2/s)
25
54.26
---
40
31.50
5.07
50
23.18
4.08
60
17.49
3.35
70
13.87
2.83
80
10.95
2.41
90
8.98
2.10
100
7.49
1.83*
* Este valor encontra-se fora da faixa de aplicação recomendada para o capilar utilizado.
Fonte: CERBIO
8
CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS VEGETAIS
 Valores de resíduo de carbono para as amostras OV-100 e OV-20
Ensaio
Óleo de soja puro
(OV-100)
Mistura OV-20
Resíduo de carbono Conradson da
amostra integral, % massa
(Ramsbottom, conversão segundo
norma ASTM D 189)
0,38
0,18
Norma / Ensaio
Limite máximo (%, massa)
Resolução ANP nº 15 - diesel
Resíduo de carbono Ramsbottom, resíduo
dos 10 % finais da destilação – ASTM D 524
0,25
Norma RK 05/2000 – óleos vegetais
Resíduo de carbono – DIN EN ISO 10370
0,40
Fonte: CERBIO
9
TRATORES
 Trator MF 275 utilizado no teste com OV-20 , na UEM
Motorização Perkins série 4000; 70 CV a 2.200 rpm
10
TRATORES
 Trator CNH TT55 utilizado no teste com OV-20 , no CPRA
Motorização IVECO modelo 8035.05; com 55 CV a 2500 rpm
11
ABASTECIMENTO
 Bomba e reservatório de abastecimento de OV-20 , no CPRA
12
ABASTECIMENTO
 Posto de abastecimento de OV-20 , da Fazenda Iguatemi - UEM
13
PREPARAÇÃO DOS TRATORES
 Verificação do sistema de injeção e pressão dos cilindros do Trator MF 275
da UEM
14
PREPARAÇÃO DOS TRATORES
 Verificação do sistema de injeção do Trator CNH TT 55 do CPRA
15
ANALISADORES DE FUMAÇA
 Ensaios
BOSCH e de Opacidade da fumaça
16
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Ensaios de Fumaça no trator MF 275 da UEM
Trator MF 275, fumaça BOSCH com Diesel em 25/07/2007
Leituras dos Nos BOSCH (unidade EDT 020.50)
No de amostras
I
II
Marcha lenta
0,7
0,5
Acelerações
2,0
2,1
III
IV
Médias
0,6
2,3
2,2
2,1
17
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Ensaios de Fumaça no trator MF 275 da UEM
Trator MF 275, fumaça BOSCH com OV-20 em 25/07/2007
Leituras dos Nos BOSCH (unidade EDT 020.50)
No de amostras
I
II
Marcha lenta
0,1
0,2
Acelerações
2,9
2,6
III
IV
Médias
0,1
2,9
2,8
2,8
18
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Ensaios de Fumaça no trator CNH TT55 do CPRA
Trator CNH TT55, fumaça BOSCH com Diesel (19 horas após revisão RETIBOMBAS)
No
de amostras
Leituras dos Nos BOSCH (28/08/08)
I
II
III
IV
V
VI
Médias
5,3
5,3
5,2
4,5
5,2
5,1
5,1
Marcha lenta
Acelerações
19
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Ensaios de Fumaça no trator CNH TT55 do CPRA
Trator CNH TT55, fumaça BOSCH com OV (300 horas após revisão RETIBOMBAS)
No
de amostras
Leituras dos Nos BOSCH (15/12/08)
I
II
III
6,2
5,8
5,8
IV
V
VI
Médias
Marcha lenta
Acelerações
5,9
20
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Ensaios de Opacidade no trator MF 275 da UEM
Trator MF 275 – Faz. UEM
Maringá
PR
Massey Fergusson / 275
000T275202C000198
Perkins 4000 / SC8B08B633632H
x
x
x
Horímetro com 3.667 horas
Comb. Diesel
x
x
700
2.500
0,00 m-1
Temperatura do óleo do carter, no suporte do filtro = 90 oC
0,65
*0,65
0,65
*0,43
0,65
*0,43
0,65
*0,43
0,43
0,65
0,48 m-1
* Medições consideradas no cálculo do resultado 6, 7, 8 e 9)
Maringá
José Carlos Laurindo
20
11
590 m
Hora 17:00
07
Pressão amb. 943,3 mBar
Temp. amb. 34,5 oC
21
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Ensaios de Opacidade no trator MF 275 da UEM
Trator MF 275 – Faz. UEM
Maringá
PR
Massey Fergusson / 275
000T275202C000198
Perkins 4000 / SC8B08B633632H
x
x
x
Horímetro com 3.665 horas
Comb. OV-20
x
x
850
2.500
0,00 m-1
Temperatura do óleo do carter, no suporte do filtro = 90 oC
1,09
*0,65
0,65
*0,65
0,65
0,65
*0,65
0,43
*0,65
0,65
0,65 m-1
* Medições consideradas no cálculo do resultado 4, 5, 6 e 7)
Maringá
José Carlos Laurindo
19
11
590 m
Hora 15:20
07
Pressão amb. 944,2 mBar
Temp. amb. 29,2 oC
22
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Ensaios de Opacidade no trator CNH TT55 do CPRA
Trator do CPRA
Pinais
PR
CNH TT55
Z7CG22564
IVECO/984150
x
x
x
Horímetro com 589 19 horas com Diesel após revisão RETIBOMBAS
Comb. Diesel
x
x
800
2.800
0,00 m -1
Temperatura do óleo do carter, no suporte do filtro = 90 oC
2,72
*2,72
2,48
*2,72
3,21
3,21
*2,96
2,96
*2,72
3,46
2,78 m -1
* Medições consideradas no cálculo do resultado 4, 5,6 e 7)
Pinhais
Laurindo / Bruno
28
08
900 m
Hora 15:20
08
Pressão amb. 944,2 mBar
Temp. amb. 29,2 oC
23
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Ensaios de Opacidade no trator CNH TT55 do CPRA
Trator do CPRA
Pinais
PR
CNH TT55
Z7CG22564
IVECO/984150
x
x
x
Horímetro com 890h e 300 horas de uso da OV-20
Comb. OV-20
x
x
800
2.800
0,00 m -1
Temperatura do óleo do carter, no suporte do filtro = 87 oC
2,96
*3,46
3,71
*3,71
3,21
*3,46
2,96
2,96
*3,71
2,96
3,58 m -1
* Medições consideradas no cálculo do resultado 5, 6,7 e 8)
900 m
Pinhais
Laurindo
15
12
08 Hora 16:00
Pressão amb. 909,7 mBar
Temp. amb. 22,0 oC
24
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Variações de consumo dos combustíveis do trator MF 275 da UEM
Condição
de
operação
Consumo
de Diesel
em [l/h]
Consumo
de OV-20
em [l/h]
Variações
dos
consumos
Máquina
parada
(1900 rpm)
3,18
3,69
+ 16,0
Grade com
7o
5,87
6,20
+ 5,6
Grade com
15o
6,81
7,17
+ 5,4
Grade com
30o
7,32
8,28
+ 13,1
25
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Variações de consumos de combustíveis do trator CNH TT55 do CPRA
Condição de Operação
Consumos em
[l/h]
Uso Geral com OV-20
2,42
Acionando roçadeira com OV-20
2,78
Consumo nominal do TT55 Diesel
# 3,5
# Valor de referência fornecido pela CNH
26
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Acompanhamento do óleo lubrificante do trator MF 275 da UEM
27
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Acompanhamento do óleo lubrificante em trator CNH TT55 do CPRA
28
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Medidas das pressões nos cilindros no trator MF 275 da UEM
29
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Medidas das pressões nos cilindros no trator CNH TT55 do CPRA
30
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Medidas das pressões nos cilindros no trator MF 275 da UEM
Medidas efetuadas no início do teste com OV-20 em julho 2007
Medidas efetuadas, após 263 horas com OV-20 em novembro 2007
Cilindro no
Pressões [kgf/cm2]
Cilindro no
Pressões [kgf/cm2]
1
25
1
32
2
27
2
32
3
26
3
35
4
26
4
34
 Considerando as médias das pressões antes e depois do teste, verificase um aumento de 27,9% indicando problemas internos no motor,
provavelmente devido a depósitos nas câmaras de combustão.
31
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Medidas das pressões nos cilindros no trator CNH TT55 275 do CPRA
Medidas efetuadas no início do teste com OV-20 em agosto 2008
Medidas efetuadas, após 300 horas com OV-20 em dezembro 2008
Cilindro no
Pressões [kgf/cm2]
Cilindro no
Pressões [kgf/cm2]
1
25
1
25
2
25
2
25
3
24
3
25
 Pode-se observar que as pressões dos cilindros mantiveram se
constantes indicando que não houve acúmulo significativo de resíduos da
combustão em 300 horas de teste.
32
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Comparação dos bicos injetores do trator MF 275 da UEM
 Antes do teste, 408 h com Diesel,
após preparação do motor
 Após 263 h com a mistura OV-20
33
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Comparação dos bicos injetores do trator CNH TT55 do CPRA
 Antes do teste, 571 h com Diesel,
antes da preparação do motor para o
teste
 Após 300 h com a mistura OV-20
34
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Verificação dos coletores de admissão trator MF 275 da UEM
 Antes do teste, 408 h com Diesel,
após preparação do motor
 Após 263 h com a mistura OV-20
35
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Verificação das válvulas de admissão trator MF 275 da UEM
 Antes do teste, 408 h com Diesel,
após preparação do motor
 Após 263 h com a mistura OV-20
36
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Verificação dos dutos de escapamento trator MF 275 da UEM
 Antes do teste, 408 h com Diesel,
após preparação do motor
 Após 263 h com a mistura OV-20
37
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Verificação dos dutos de escapamento trator CNH TT55 do CPRA
Motor operando 571 horas com Diesel
38
DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO
 Vazamento no retentor do eixo da bomba injetora do trator CNH-TT55
após 1.180 horas de uso da OV-20.
Bolhas de ar
* Retentor entregue para verificação na CNH em setembro de
2010.
39
ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL
Conclusões para o trator MF 275 da UEM
1) Apesar do motor ter operado normalmente por 263 horas, internamente os
depósitos carbonosos apareceram e a continuidade do uso provocaria problemas
no motor.
2) Os depósitos nos injetores (que certamente estarão presentes nas câmaras de
combustão) fizeram com que as pressões dos cilindros aumentassem, como se a
taxa de compressão fosse aumentada.
3) O aumento das pressões, provoca sobrecarga nos anéis e a sua conseqüente
quebra.
4) Já os depósitos nos dutos de escapamento, provocam restrição que
comprometem o desempenho do motor.
5) Os fatos observados permitem concluir que o uso da mistura OV-20, no motor
do trator MF-275, não é recomendável.
40
ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL
Conclusões para o trator CNH TT55 do CPRA
1) O trator operou normalmente por 1000 horas, com a mistura OV-20, sem
nenhuma modificação e registro de anormalidades dignas de nota.
2) As medições das pressões dos cilindros indicaram valores praticamente
constantes verificando-se que estavam com os mesmos valores do início do teste
e dentro das especificações do fabricante do motor.
3) As análises de óleo lubrificante, efetuadas pela PETRONAS, durante o teste,
apresentaram valores normais e compatíveis com a aplicação do lubrificante
neste tipo de equipamento.
4) Com 1.180 horas foi substituído retentor do eixo da bomba injetora que sofreu
ressecamento, provavelmente devido a incompatibilidade do material com o OV.
5) Diante destas observações, foi recomendado que a máquina continuasse em uso
com OV-20, o que não foi possível pois ao final da 2010 a CNH,
inadvertidamente, vendeu o trator que estava em este no CPRA.
41
ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL
Possível explicação para a diferença encontrada nas
máquinas ensaiadas.
Considerando que máquinas são de fabricantes diferentes com
tecnologias diferentes, assim o motor do MF-275 é um PERKINS da
série 4000, de projeto mais antigo que o motor do CNH- TT55, que é um
IVECO modelo 8035.05 mais moderno, isto pode ser observado pela
diferença das câmaras de combustão:
CC do MF-275, (menos turbulenta)
CC do CNH-TT55, (mais turbulenta)
42
Equipe do CERBIO
Elisa Maria Suchek – Técnica em Química
Patrícia Raquel Silva – Engenheira Química
Giuliano Fernandes Zagonel - Químico
Wellington W. D. Vechiatto – Químico Industrial
Claylton S. C. Murbach – Técnico Mecânico
OBRIGADO PELA ATENÇÃO
[email protected]
(41) 3316-3032
43