UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP
ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA
Química e Energia
Determinação do teor de álcool na gasolina
Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERI
S.J. dos Campos
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•A
Definição
gasolina é um produto combustível derivado intermediário do petróleo, na
faixa de hidrocarbonetos de 5 a 20 átomos de carbono.
• Uma
das propriedades mais importantes da gasolina é a octanagem. A
octanagem mede a capacidade da gasolina de resistir à detonação, ou sua
capacidade de resistir ás exigências do motor sem entrar em auto-ignição antes
do momento programado. A detonação (conhecida como "batida de pino") leva à
perda de potência e pode causar sérios danos ao motor. Existe um índice mínimo
permitido de octanagem para a gasolina comercializada no Brasil, que varia
conforme seu tipo.
• O álcool etílico, umas das substâncias adicionadas à gasolina tem vital papel na
sua combustão, pois sua função é aumentar a octanagem em virtude do seu baixo
poder calorífico. A porcentagem de álcool é regulamentada por Lei, e
recentemente foi estabelecido um novo padrão que é de 18 a 25%. Se por um
lado existe vantagens, existem as desvantagens também, como maior propensão à
corrosão, maior regularidade nas manutenções do carro, aumento do consumo e
aumento de produção de óxidos de nitrogênio.
• Disso tudo, nota-se a importância para a frota automotiva brasileira e para o
meio ambiente, o rigoroso controle dessa porcentagem.
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Definição
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Combustíveis
• Índice de Octanagem: determinada pela % de octano existente na gasolina.
Mede o poder anti-detonante da mesma;
• Este índice é medido em motor padrão, variando-se a relação de compressão
até que ocorra a pré-detonação ou “batida de pinos”;
• A seguir: substitui-se a gasolina por uma mistura de iso-octano e n-heptano
que apresenta pré-detonação com a mesma relação de compressão que a
gasolina testada. A porcentagem de iso-octano na mistura equivalente, nos
dará o índice de octanas ou octanagem da gasolina. Assim, se a mistura
apresenta o mesmo comportamento da gasolina em teste, contiver 80% de isooctano e 20% de heptano, a gasolina em teste será 80;
Esse método se baseia na convenção de que:
- Iso-octano: possui poder anti-detonante igual a 100 (melhor
comportamento)
- Heptano: possui poder anti-detonante igual a 0 (pior comportamento)
• A partir da mistura dos mesmos, obtêm-se os valores intermediários de
octanagem;
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Combustíveis
• O poder anti-detonante (octanagem) pode ser aumentado pela adição:
- de combustíveis mísciveis com a gasolina (ex: álcool etílico, benzol, gasolinas
naturais...);
- de produtos aditivos especiais: chumbo tetra-etila (no caso da gasolina de
aviação, que possuem índice de octana de 140 ou 160).
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Octanagem da gasolina
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Definição
A adição de álcool à gasolina teria se dado em função dos seguintes fatores:
• Manter um determinado nível da demanda capaz de estimular a produção de
álcool, numa fase de redução de consumo;
• Contribuir para amortecer, no preço final ao consumidor, os efeitos das
elevações externas do preço da gasolina;
• Inserir o álcool – combustível de fonte renovável – na matriz energética
brasileira, num momento em que o país ainda estava distante da auto-suficiência
do petróleo.
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Histórico
Histórico da adição do álcool à gasolina:
1925: São realizados testes álcool combustível à gasolina;
1938: Lei nº. 737 – Obriga a adição à gasolina produzida no País;
1975: Lançamento do PROÁLCOOL;
1989: Brasil é o primeiro a retirar o chumbo tetraetila da gasolina;
1993: Lei nº. 8.723 estabelece o percentual de mistura do álcool anidro à
gasolina entre 20 e 25%;
2000: Decreto nº. 3.546 cria o Conselho Interministerial de Açúcar e Álcool;
2003: Lançamento dos veículos com tecnologia Flex Fluel;
2006: O percentual do álcool na gasolina cai para 20%;
2007: Junho – governo anunciou o aumento do álcool anidro à gasolina para 25%,
a partir de 1 de julho de 2007. Obs: O teor é determinado pelo governo em
função da disponibilidade do álcool; controle do preço final da mistura, etc.
2011:Governo decide reduzir para 20% a quantidade de álcool misturado na gasolina
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Leis
• A especificação brasileira para a gasolina automotiva é estabelecida pelo Conselho
Nacional do Petróleo NORMA – CNP 01 REVE, que acompanha a resolução n 1/75 de 7 de
janeiro de 1975.
• Os testes de qualidade devem ser realizados nos próprios postos de combustíveis ou
pelo laboratórios de rede de distribuição do combustível.
• Alguns testes realizados são: cor, densidade, resíduo, odor e teor alcoólico.
• Para a investigação do teor alcoólico na gasolina, é realizado um ensaio simples que se
baseia no principio de que o álcool é miscível com a água, enquanto que a gasolina não é.
• Isso ocorre pela diferença existente na moléculas de água, álcool e gasolina.
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Geometria
A solubilidade de um composto é determinada pela seguinte regra: "Semelhante
dissolve semelhante". Logo, solventes polares dissolvem substâncias polares, e
solvente apolares, substâncias apolares.
A miscibilidade de líquidos entre si é determinada pela natureza das ligações
interatômicas e pelas interações intermoleculares ou seja da sua molecularidade.
Polaridade:
polaridade de uma molécula refere-se às concentrações de cargas da nuvem eletrônica em
volta da molécula. É possível uma divisão em duas classes distintas: moléculas polares e
apolares.
Moléculas polares possuem maior concentração de carga negativa numa parte da nuvem e
maior concentração positiva em outro extremo. Nas moléculas apolares, a carga eletrônica
está uniformemente distribuída, ou seja, não há concentração.
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Geometria
Água: uma geometria angular (polar) -> Molécula não simetria = polar. A
distribuição de carga eletrônica não está uniformemente distribuída
NaCl: E´um composto iônico, apresenta boa solubilidade em solventes polares,
como a água. O que torna uma substância solúvel em um solvente é sua
compatibilidade com este, a regra geral é: solvente polar dissolve soluto polar e
solvente apolar dissolve soluto apolar.
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Geometria
Álcool: uma geometria linear (bipolar) -> Composto molecular que apresentam o
grupo OH, com uma ligação polarizada, resultando num momento dipolar muito
elevado (radical OH) e uma cadeia de carbono simétrica com geometria não polar
Gasolina: geometria linear e simétrica (apolar) -> cadeia de hidrocarbonetos
que possui uma geometria simétrica predominância de ligações covalentes entre
átomos iguais resultando em um equilíbrio de cargas em todas as moléculas criando
uma molécula apolar
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Solubilidade
Solubilidade e polaridade
Lembrando que:"Semelhante dissolve semelhante". Logo, solventes
dissolvem substâncias polares, e solvente apolares, substâncias apolares.
polares
Os hidrocarbonetos, por serem apolares, apresentam pouca solubilidade em água
(polar). Assim, a gasolina (mistura de octano e heptano), forma um sistema
sistema heterogêneos com a água.
Já os álcoois formam misturas homogêneas com a água, por possuírem hidroxila
(radical polar) e também homogênea com a gasolina por possuir geometria apolar.
Observação – Como a molécula de álcool é bipolar, pode ser dissolvida tanto em
água (polar) como em gasolina (apolar).
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Solubilidade
• Para
retirar o álcool da gasolina que ambos possuem um certo grau de
polaridade, é adicionado na água o NaCl que tem a finalidade de aumentar a
polaridade da molécula da água visto que:
a água é atraída pelo álcool, devido as fortes atrações intermolecular do tipo
ponte de hidrogênio.
a gasolina possui uma certa miscibilidade com o álcool, devido as medias
atrações intermolecular do tipo dipolo induzido.
• Com
isso quando a água+NaCl (meio aquoso) entra em contato com a gasolina
(que possui álcool) pelo fato da ligação da água com sal ser mais forte ou mais
polar como álcool, ele dissolve mais facilmente.
• Por
outro lado, o etanol irá sair da gasolina para penetrar no meio aquoso, meio
em que tem maior afinidade, já que é bem mais polar do que a gasolina.
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Solubilidade
Porque no teste da ANP, eles misturam solução de cloreto de sódio
com a gasolina, em vez de água?
• Isto
é feito para aumentar a polaridade do líquido que será
misturado à gasolina. Caso fosse colocada água pura, poderia haver a
miscibilidade da água na gasolina, em alguma extensão, uma vez que o
álcool presente na gasolina poderia fazer com que a água ficasse mais
solúvel no meio orgânico.
• Com
a solução de cloreto de sódio, a polaridade é muito grande,
sendo muito mais difícil haver a solubilização da água no meio
orgânico.
• Por outro lado, o etanol irá sair da gasolina para penetrar no meio
aquoso, meio em que tem maior afinidade, já que é bem mais polar do
que a gasolina.
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Solubilidade
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Determinação do teor de álcool anidro na gasolina
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Procedimento
Material para o experimento:
• Proveta graduada de 100 ml (com rolha)
•
•
Solução saturada de cloreto de sódio ou Água destilada
Amostra de gasolina
Procedimento:
• Preparar a solução aquosa de NaCl (10%)=> 5g NaCl em 50 mL de água
destilada;
• Coloque em uma proveta (100 ml), uma amostra da gasolina em estudo (50 ml) e
complete o volume, até a marca de 100 ml, com a solução saturada de cloreto de
sódio;
• Feche a proveta, misture bem e deixe em repouso até a separação das duas
camadas líquidas miscíveis;
• Nestas condições, o álcool se mistura com a solução aquosa saturada de cloreto
de sódio, separando-se da gasolina. Faça a leitura do volume da solução aquosa;
• Calcule a percentagem de álcool na mistura usando a seguinte equação:
Assim: % etanol = {(VFsol.aquosa – 50) X 2} +1
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Procedimento
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Procedimento
1 - Colocar 50 mL de gasolina comum em uma proveta de 100 mL ± 0,5 mL com tampa.
2 - Completar o volume até 100 mL com a solução saturada de NaCl.

3 - Fechar a proveta, misturar os líquidos invertendo-a 5 vezes.
OBSERVAÇÃO: Segure firme para evitar vazamentos.
4- Manter em repouso até a separação das duas fases.
5 - Ler o volume de ambas as fases.
6 - Denominar o volume da fase aquosa de V'.
7 - Determine a massa da gasolina e expresse a % em m/m.
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Química e Energia
Determinação do ponto de fulgor e inflamação
de combustíveis líquidos
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Definição
Quando um corpo combustível é aquecido, atinge diferentes estágios da
temperatura, os quais são conhecidos por:
• Ponto de fulgor,
• Ponto de Combustão (inflamação),
• Ponto de ignição.
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Ponto de fulgor ou “flash point “
Definição: é a menor temperatura na qual líquidos inflamáveis começam a
desprender gases e vapores inflamáveis que entram em combustão ao contato com
uma fonte de calor, porém, uma vez removida a fonte de calor, as chamas não se
mantêm devido a insuficiência de gases e vapores desprendidos.
• O ponto de fulgor é uma medida do risco de incêndio de um combustível quando
armazenado. As condições permitidas de armazenamento e uso de são diferentes
para produtos de ponto de fulgor abaixo de 230C, entre 230C e 660C e acima de
660C.
• Combustíveis com ponto de fulgor abaixo de 230C são considerados, para fins
de transportes e armazenagem, como PERIGOSO ALTAMENTE INFLAMAVEL. Os
óleos combustíveis que normalmente apresentam ponto de fulgor acima 660C são
considerados seguros.
Existem duas formas de determinar o ponto de fulgor de um combustível liquido:
• Aparelhos de Pensky-Martens (vaso fechado)
• Aparelhos de Cleveland (vaso aberto)
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Ponto de fulgor - Aparelhos de Pensky-Martens (vaso fechado)
De acordo com a Associação Brasileira de Normas técnicas (ABNT) é constituída
de:
•
•
•
•
Vaso padrão
Tampa com agitador, porta termômetro e mergulhador de chama
Aquecedor com banho de ar e cúpula
Termômetro
Pensky-Martens
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Ponto de fulgor - Aparelhos de Pensky-Martens (vaso fechado)
Modo de operação:
• Verificar, inicialmente, se o aparelho esta em condições de uso, isto é, todas
as peças estão em ordem e sem vestígio de combustível usado em teste anterior;
• Encher o vaso padrão com o combustível em estudo até o traço interno de
referência;
• O termômetro deve ser escolhido de acordo com o provável ponto de fulgor do
combustível;
• Se não conhecer esse ponto de fulgor provável, deve-se iniciar com termômetro
de baixa escala de temperatura (até 1200C ) e se necessário, trocar em seguida
pelo alta escala de temperatura (até 3000C ) ao atingir 1000C a 1100C;
• O diâmetro de chama escorvadora deve ser regulada em cerca de 4 milímetros;
• A elevação de temperatura do combustível dentro do vaso deve ser de 5 a 60C
por minuto, e deve-se agitar o óleo com agitador 1 ou 2 vezes por minuto;
• A aplicação de chama escorvadora (dentro do vaso fechado ) deve ser efetuada
de 20C em 20C de elevação de temperatura. O inicio de aplicação da chama deve
se dar mais ou menos 15 0C antes do provável ponto de fulgor.
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Ponto de fulgor - Aparelhos de Pensky-Martens (vaso fechado)
Resultado: O ponto de fulgor é a menor temperatura registrada pelo termômetro
no instante em que se observar o primeiro clarão na superfície do combustível. A
coloração da chama é azulada.
Precisão: O resultado será considerado satisfatório quando em duas
determinações em condições análogas, não houver diferença maior que 20C.
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Ponto de fulgor - Aparelhos de Cleveland (vaso aberto)
De acordo com a Associação Brasileira de Normas técnicas (ABNT) é constituída
de:
•
•
•
•
•
Vaso de latão, com cabo para o combustível;
Chapa de aço recoberta por uma camada de amianto, onde se ajusta o vaso;
Fonte de calor;
Termômetro;
Tubo para a chama escorvadora.
Cleveland
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Ponto de fulgor - Aparelhos de Cleveland (vaso aberto)
Modo de operação: (ABNT)
• O termômetro será usado ou mantido em posição por qualquer dispositivo
adequado;
• O fundo do bulbo deverá permanecer a 0,63 cm do fundo do vaso e a meia
distância entre o centro e as paredes do vaso;
• O vaso será cheio de óleo a ensaiar, de modo que a parte superior do menisco
fique exatamente sobre a marca de enchimento na temp. ambiente;
• A superfície do óleo deve ser isenta de bolhas e não deve haver óleo acima da
marca de enchimento;
• A chama de ensaio deverá ter aproximadamente 0,4 cm de diâmetro;
• A chama de ensaio deve ser aplicada cada vez que a temperatura do
termômetro se eleve a 30C e deverá cruzar o caso em linha reta que passe pelo
centro do vaso, formando um ângulo reto com o plano diametral que passa pelo
termômetro;
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Ponto de fulgor - Aparelhos de Cleveland (vaso aberto)
Modo de operação: (ABNT)
• A chama de ensaio deverá estar no plano da borda do vaso quando passar
através da superfície do óleo (torno de 1 segundo);
• O óleo deverá ser aquecido de modo que elevação da temperatura não exceda
160C por minuto até atingir a temperatura aproximadamente 380C abaixo do
provável ponto de fulgor do óleo;
• Atingindo esse ponto,a velocidade de aquecimento será diminuída e nos últimos
280C antes do fulgor, o aumento de temperatura deverá ficar compreendido
entre 5 e 60C por minuto, até aparecer o ponto de fulgor;
• Nesse aparelho, após a determinação do ponto de fulgor, determina-se também
o ponto de inflamação de combustíveis líquidos.
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Ponto de Combustão ou inflamação (fire point)
Definição: É a temperatura mínima em que um corpo combustível desprenda gases
e vapores inflamáveis que entram em combustão em contato com uma fonte de
calor e uma vez removida a fonte as chamas se mantêm.
Limites de inflamabilidade
• Para um gás ou vapor inflamável queimar é necessária que exista, além da
fonte de ignição, uma mistura chamada "ideal" entre o ar atmosférico (oxigênio)
e o gás combustível. A quantidade de oxigênio no ar é praticamente constante,
em torno de 21 % em volume.
• Já a quantidade de gás combustível necessário para a queima, varia para cada
produto e está dimensionada através de duas constantes:
Limite Inferior de Inflamabilidade (ou explosividade) (LII)
Limite Superior de Inflamabilidade (LSI).
• O LII: é a mínima concentração de gás que, misturada ao ar atmosférico, é
capaz de provocar a combustão do produto, a partir do contato com uma fonte
de ignição. Concentrações de gás abaixo do LII não são combustíveis pois, nesta
condição, tem-se excesso de oxigênio e pequena quantidade do produto para a
queima. Esta condição é chamada de "mistura pobre".
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Ponto de Combustão ou inflamação (fire point)
• Já o LSI: é a máxima concentração de gás que misturada ao ar
atmosférico é capaz de provocar a combustão do produto, a partir de uma
fonte de ignição. Concentrações de gás acima do LSI não são combustíveis,
pois, nesta condição, tem-se excesso de produto e pequena quantidade de
oxigênio para que a combustão ocorra, é a chamada "mistura rica".
• Pode-se então concluir que os gases ou vapores combustíveis só queimam
quando sua percentagem em volume estiver entre os limites (inferior e
superior)
de
inflamabilidade,
que
é
a
"mistura
ideal"
para
a
combustão.
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Ponto de Combustão ou inflamação (fire point)
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Temperatura de ignição ou ponto de ignição
Determinação do ponto de inflamação:
• Depois da determinação do ponto de fulgor, o aquecimento prosseguirá com
uma elevação contínua de temperatura de 5 a 6 0C por minuto;
• A aplicação da chama de ensaio será feita nos intervalos especificados até
que o óleo se inflame, e continue a queimar por um período mínimo de 5
segundos ou mais;
• O método para aplicação da chama será idêntico ao descrito para o ponto de
fulgor;
• A temperatura lida na ocasião em que se aplicou a chama que produziu
inflamação durante 5 segundos ou mais, será chamada de ponto de combustão.
Resultado: É evidente que o combustível com maior facilidade de entrar em
combustão na presença da chama necessita de maiores cuidados para seu
transporte, armazenagem e manuseio.
Precisão: O resultado será considerado satisfatório quando em duas
determinações em condições análogas, não houver diferença maior que 30C.
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Temperatura de ignição ou ponto de ignição
Definição: É a temperatura mínima em que os corpos combustíveis liberam gases
e vapores inflamáveis que entram em combustão em contato somente com o
comburente, sem a necessidade de uma fonte externa de calor.
• Isto quer dizer que a chama não é induzida, ou seja, não há contato de
faísca.
Após o aparecimento da chama inicial, a reação passa a ser energeticamente
auto-ativante;
• Diversos fatores influem no valor da temperatura de ignição
combustível, tais como: granulometria, pressão, temperatura e etc.
de
um
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Relatorio
Determinar o ponto de fulgor do óleo diesel (Pensky-Martens e Cleveland em oC);
Ponto de fulgor (Pensky-Martens) ...................0C
Ponto de fulgor (Cleveland) ...................0C
Determinar o ponto de inflamação do óleo diesel (Cleveland em 0C);
Ponto de inflamação (Cleveland) ...................0C
Responda:
1) Com base nos resultados obtidos, qual a temperatura ideal para se trabalhar com
segurança, o óleo diesel em ambientes que existe fagulhas?
2) Quando pode se considerar que foi obtido o ponto de inflamação de um combustível liquido
no aparelho Cleveland?
3) O ponto de inflamação de um combustível liquido pode ser obtida através da aparelho
Pensky-Martens?
4) Numa indústria, foram recebidos três tambores de combustíveis líquidos distintos. O
operador determinou o ponto de fulgor nos 3 tambores com os seguintes valores
Tambor 1 = 1000C
Tambor 2 = 600C
Tambor 3 = 200C
Qual tambor tem menos risco de armazenamento e por quê