Aula 6 Diesel Mistura álcool diesel MP

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Óleo Diesel
Mistura Álcool ao Diesel
Produção de Biocombustíveis 
Para Motores Diesel e Turbinas Aeronáuticas
Profa. Yordanka Reyes Cruz
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 Óleo Diesel
 Fração com faixa de destilação entre 150 ºC e 400 ºC;
Os hidrocarbonetos contém de 10 a 25 átomos de carbono;
 Constituído principalmente por hidrocarbonetos saturados (parafínicos e naftênicos) e aromáticos em menor concentração;
 No Brasil o diesel representa cerca de 38% em volume do barril de petróleo processado;
Cerca de 6% do seu consumo no mercado interno é importado.
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 Produção – Combustível Diesel
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O óleo diesel brasileiro é produzido em 13 refinarias, das 16 existentes, sendo que as refinarias FAFEN-SE e FAFEN-BA são produtoras de fertilizantes e a LUBNOR-CE produz principalmente óleo lubrificante, asfalto e gás natural.
 Produção – Combustível Diesel
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 Produção – Combustível Diesel
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 Aplicação - Óleo Diesel
Consumo de óleo diesel:
 No Brasil cerca de 80% é utilizado no setor de transportes, dos quais 94% são destinados ao transporte rodoviário.
 Usado também para movimentar embarcações marítimas;
 Em unidades fixas de geração de energia;
 Sistemas de aquecimento residencial.
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Dois mitos! Um revolucionário e um visionário...
Rudolf Diesel (1858-1913)
Robert Bosch (1861-1942)
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Rudolf Diesel nasceu em Berlin – Alemanha, foi engenheiro e inventor.
Desenvolveu o primeiro motor a óleo misto (óleo de amendoim e óleo de baleia), em Augsburgh – Alemanha (oficialmente em 10 de agosto de 1893). Tendo realizado uma apresentação inicial em São Petesburgo, 15 anos antes, sem grande êxito.
A partir de 1895, este motor mais econômico encontrou grande aceitação em matéria de motores marítimos e estacionários. Mas Rodolf Diesel não conseguia resolver um inconveniente: o motor não atingia rotações elevadas. 
Sua câmara de combustão exigia que o combustível fosse injetado, na quantidade e momentos certos, através de ar comprimido; um processo complicado, lento e viável apenas para motores grandes e de baixa rotação.
 Rudolf Diesel
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 Robert Bosch
Robert Bosh é o nome do revolucionário do sistema de injeção. 
Nascido em Stutgart – Alemanha, foi engenheiro e professor, foi amigo de Nicholaus Otto, e ajudou-o a desenvolver o motor ciclo Otto. 
É neste ponto que Robert Bosch dá a sua contribuição decisiva, viabilizando de uma vez por todas a limitação de combustível dos motores diesel de alta rotação. 
Em meados de 1923, após os primeiros testes, surgia um sistema de injeção pulverizado a pressão. Era mais compacto, mais leve e capaz de desenvolver maior potência. 
Em 1927, a primeira bomba injetora deixa a fábrica, fruto da experiência industrial que Robert Bosch acumulou no desenvolvimento do sistema de ignição do motor ciclo Otto.
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Com a invenção do motor a óleo misto, o mesmo começou a ser chamado de motor diesel, em homenagem a seu inventor. Em meados de 1940, o óleo misto foi substituído por um óleo mineral, com consistência e características parecidas, e o combustível por conseqüência passou a se chamar então de óleo diesel. 
 Óleo Diesel
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 Combustão
Diferença fundamental entre a Ignição por Centelha (ICE) e a Ignição por Compressão (ICO) nos Motores de Combustão Interna:
As máquinas de Ignição por Centelha normalmente possuem seus reagentes pré-misturados (mistura estequiométrica), enquanto que nas máquinas de Ignição por Compressão, os reagentes são misturados já na combustão, na câmara de queima.
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 Esquema ilustrativo do sistema de alimentação do motor Diesel
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Conforme Resolução Nº 30 de 23/06/2016 – DOU 24/06/2016 da Agência Nacional do Petróleo – ANP, a PETROBRAS coloca à disposição do mercado três qualidades de óleo diesel, a saber:
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Óleo Diesel Automotivo S-10 – uso rodoviário;
Óleo Diesel Automotivo Metropolitano S-500 – uso rodoviário;
Óleo Diesel S-1800 – uso não rodoviário.
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 Qualidades de Diesel BX a B30 no Brasil
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 Especificações do Diesel 
BX a B30 
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 Especificações do Diesel
BX a B30 
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 Especificações do Diesel
BX a B30 
(1) Em caso de disputa ou para efeito de fiscalização, nas autuações por não conformidade no Aspecto, deverão ser realizadas as análises de teor de água e contaminação total, para o óleo diesel BX a B30 (S10) e teor de água e água e sedimentos para o óleo diesel BX a B30 (S500), e somente teor de água no óleo diesel BX a B30 (S1800). O Aspecto será considerado não conforme caso ao menos um desses parâmetros esteja fora de especificação.
(2) Límpido e isento de impurezas, com anotação da temperatura de ensaio.
(3) Incolor a amarelada, podendo apresentar-se ligeiramente alterada para as tonalidades marrom e alaranjada devido à coloração do biodiesel.
(4) O corante vermelho deverá ser especificado conforme a Resolução ANP nº 50/2013, ou outra que venha substituí-la.
(5) Coloração de amarelo a alaranjado, podendo apresentar-se ligeiramente alterado para a tonalidade marrom devido à coloração do biodiesel.
(6) As normas NBR 14065 e ASTM D4052 devem ser utilizadas como referência.
(7) As normas ASTM D445 e NBR 10441 devem ser utilizadas como referência.
(8) Será admitida variação de ± 0,5% em volume para misturas de óleo diesel com teor de biodiesel inferior a 20% e variação de ± 1,0% em volume para óleo diesel B20 a B30. A norma EN 14078 deve ser utilizada como referência.
(9) Aplicável somente para mistura de óleo diesel A com até 20% de biodiesel.
(10) Para óleo diesel BX a B20, somente os métodos NBR 9619 e ASTM D86 devem ser utilizados. O método ASTM D1160 deve ser utilizado para óleo diesel B21 a B30, sendo neste caso os limites "anotar" para as temperaturas de 10% e 50% recuperados.
(11) Limites conforme Tabela II.
(12) Deverá ser utilizada somente a versão da norma de 1998 ou 2008 (EN 12662:1998 ou EN 12662:2008)
(13) Limite requerido no momento e na temperatura do carregamento/bombeio do combustível pelo distribuidor.
(14) Caso a condutividade elétrica medida seja inferior a 25 (pS/m) deverá ser dado destaque do resultado no certificado da qualidade para que o distribuidor seja alertado quanto à adoção de medidas de segurança.
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 Especificações do Diesel
BX a B30 
Tabela II - Ponto de Entupimento de Filtro a Frio.
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 Número de Cetano
EMISSÕES 
MELHOR PARTIDA À FRIO
MENOR EROSÃO DOS PISTÕES
MENOR TENDÊNCIA A ACÚMULOS
MENOR TENDÊNCIA A PÓS-IGNIÇÃO
REDUÇÃO DO CONSUMO
MENORES EMISÕES DE HC
MENORES EMISÕES DE ALDEÍDOS E PARTICULADOS
 
MOTOR 
 MAIOR NÚMERO 
DE CETANO 
QUALIDADE DE IGNIÇÃO 
 
 NÚMERO DE CETANO 
CONDUZ
CONTROLA
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 Densidade
�������������������������������������
MENOR CONSUMO*
MAIOR POTÊNCIA*
COMBUSTÃO
DIFICULDADE DE VAPORIZAÇÃO*
* DEVE SER CONTROLADA EM UMA FAIXA, PARA EVITAR GRANDES VARIAÇÕES
AUMENTO DE CO
AUMENTO DE RESÍDUO
 
MOTOR 
MAIORES DENSIDADES 
MASSA DE DIESEL 
QUEIMADA
 
DENSIDADE 
CONDUZEM
 EMISSÕES 
CONTROLA
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 Volatilidade
AUMENTO DA FULIGEM
AUMENTO NOx
AUMENTO DE RESÍDUOS 
DIFICULDADE DE VAPORIZAÇÃO
 EMISSÕES 
 MOTOR 
MAIOR TEOR DE PESADOS 
MOTOR 
 EMISSÕES 
 MAIOR TEOR DE LEVESFACILIDADE DE 
 VAPORIZAÇÃO 
 DESTILAÇÃO 
REDUÇÃO DAS EMISSÕES DE HC 
MENOR NÚMERO DE CETANO 
CONTROLA
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 Viscosidade
Dispersão e Penetração
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 Estabilidade química do Diesel
 Oxidação (envelhecimento) - um processo natural: azeite de cozinha  escurece.
Retorno diesel para tanque (T).
Oxidação do diesel  sedimentos de origem química.
·Solução: reduzir presença de compostos instáveis e/ou adição de aditivos para melhorar esta propriedade.
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2 meses após
 Estabilidade
Os Efeitos da Degradação Química
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FOTOS DE AMOSTRAS DE ÓLEO DIESEL IMPORTADOS
ANO 2000:
ANO 2001:
 Estabilidade
Os Efeitos da Degradação Química
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ÓLEO DIESEL PETROBRAS – JUNHO / 2016
FOTO COMPARATIVA DA COR ASTM DOS ÓLEOS DIESEL 
APÓS 4 A 6 MESES DE AMOSTRAGEM 
Estocagem em fracos de vidro âmbar a temperatura ambiente
 Estabilidade
Os Efeitos da Degradação Química
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 Formação de Depósito
Formação de Depósitos por Microorganismo no Diesel
Presentes no ambiente.
Se multiplicam em presença de água à temperaturas moderadas.
Ação semelhante às dos detergentes.
 Localizam-se na interface.
 Alimentam-se do diesel.
 Geram biomassa.
 Água turva; ácida; cheiro ruim; grande velocidade de crescimento da borra.
Provocam corrosão.
Provocam obstrução de filtros e formam depósitos.
Solução do problema: Evitar a presença da água.
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 Formação de Depósito
Solubilizada no próprio diesel: só se separa do diesel quando se resfria.
Umidade do ar: também aparece por resfriamento.
Acidental: tanques enterrados ou a céu aberto, mal vedados - água de chuva ou do solo.
Drenar tanques de diesel nas primeiras horas da manhã
Presença de água
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
PORTA
FILTRO
TUBO DE
AERAÇÃO
VARETA DE NÍVEL
CAIXA DE
INSPEÇÃO
DECLIVIDADE
ENCHIMENTO
VÁLVULA
ABASTECIMENTO
BALDE
VÁLVULA
DE DRENO
SUPORTE
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 Formação de Depósito
 BICO INJETOR COM E SEM DEPÓSITO
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O filme lubrificante é formado pela adsorção na superfície metálica de moléculas de substâncias polares, incorporadas ao combustível como aditivos, conforme figura:
Formação do filme lubrificante pela adsorção de moléculas de substâncias polares 
O metal é considerado como uma superfície eletrostática, onde existe uma nuvem eletrônica, portanto está carregado negativamente, atraindo substâncias polares como os ésteres. Esta atração ocorre pelo átomo de carbono, da ligação carbonílica do éster (C=O), que tem densidade de carga δ(+).
A fixação na superfície metálica das moléculas polares ocorre baixo o mecanismo de adsorção física. 
 Lubricidade
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Cicatriz de desgaste (amostras baixo carga de 32 kg durante 10 seg.)
 Lubricidade
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 Aditivos
Melhorador do número de cetano: São oxidantes instáveis, que se decompõem em radicais livres, favorecendo a auto-ignição.
Usados, geralmente, peróxidos e nitratos, sendo o mais comum o nitrato de 2 etilhexila (NEH).
Termicamente instável, se decompõe na câmara de combustão, reduzindo o tempo necessário ao início da ignição do combustível.
O ganho obtido no número de cetano depende do diesel e é tanto menor quanto mais baixo for o número de cetano.
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 Efeito do Aditivo melhorador 
do NC
Fonte: Wauquier, J.P., 1995
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 Aditivos
Para operação em baixas temperaturas: Melhoram o escoamento de diesel a baixas temperaturas.
São, em geral, polímeros que atuam sobre as parafinas e devem ser adicionados antes do início da formação de cristais.
O polímero reduz o efeito dos cristais de parafina, modificando o seu tamanho, a forma e/ou o seu grau de aglomeração. 
Alguns atuam sobre o PEF e o ponto de fluidez e outros sobre o ponto de névoa. Estes últimos são copolímeros de eteno e acetato de vinila e o ganho é modesto, 2 a 4ºC para 250 a 1000 ppm. 
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 Aditivos
Antioxidantes: Atuam bloqueando uma das etapas das reações de oxidação. São fenóis bloqueados ou aminas, como fenileno diamina, usado em concentrações que variam de 10 a 80 ppm. Reduzem a formação de goma que pode entupir os bicos injetores e os filtros. Normalmente atuam melhor quando adicionado logo após a produção.
Estabilizadores: Bloqueiam reações ácido-base, reagindo com os ácidos orgânicos presentes no diesel, e são em geral aminas com elevada basicidade e usadas em concentrações entre 50 e 150 ppm. 
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 Aditivos
Dispersantes: Geralmente presentes junto com os aditivos estabilizadores e usados em concentrações entre 15 e 100 ppm, atuam dispersando as partículas formadas, evitando que elas se depositem nas paredes e filtros.
Detergentes removedores de goma: Possuem a estrutura de um detergente convencional, tem uma parte polar e outra apolar e são usados em concentrações entre 50 e 300 ppm..
Melhoradores de lubricidade: Contêm um grupamento polar que adere à superfície metálica, formando um filme protetor, podem ser ácidos e ésteres. Os ácidos graxos são usados em concentrações entre 10 e 50 ppm e os ésteres entre 50 e 250 ppm. 
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 Aditivos
Desativadores de metais: Neutralizam o efeito de metais, como o cobre e o ferro, que são catalisadores para as reações de oxidação.
Inibidores de corrosão: Evitam o ataque aos tanques e tubulações, decorrente da presença de água no diesel. Atuam na superfície do metal, formando uma película protetora, são usados em concentrações entre 5 e 15 ppm.
Biocidas: Evitam a contaminação do diesel por microorganismos que se desenvolvem na presença de ar ou água. O desenvolvimento de microorganismos também depende de nutrientes presentes no diesel como enxofre, nitrogênio e fósforo. Produzem ácidos que causam corrosão e biomassa. São usado em concentrações entre 200 e 600 ppm. 
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 Motivações adição de Etanol
Diminuir as importações de combustível Diesel. 
Aspecto Econômico
Aspecto Ambiental
A questão ambiental é a verdadeira força motriz da produção de combustíveis limpos. 
Aspecto Social
Geração de empregos, a produção de álcool é responsável por mais de 770.000 empregos diretos, e mais de 2 milhões de empregos nas atividades industriais relacionadas. 
Ano 2015
Importou aproximadamente 
6.940,10 mil m de óleo diesel
Diminuiu 38,45% em relação a 2014
3
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Em janeiro de 2005, a O2 Diesel Corporation recebeu aprovação da ANP para iniciar o uso da mistura de diesel com 15% de etanol, conhecida como O2 Diesel®, na frota de 300 caminhões da Usina Coruripe Açúcar e Álcool S/A (CORURIPE). 
A experiência brasileira no desenvolvimento
das misturas álcool ao diesel 
Portaria 180, de 3 de dezembro de 1998 que autoriza a Prefeitura de Curitiba, a utilizar em testes em ônibus a mistura óleo diesel (89,4%), álcool etílico anidro (8,0%) e o aditivo á base de soja AEP 102 (2,6%)
Instituto de Tecnologia do Paraná – TECPAR:
Mistura de 3% de AEAC ao óleo Diesel, convencionada como sigla MAD3, começou a ser avaliada no ano 2000. 
Em Abril de 1999 foram feitos testes em Piracicaba com 2 ônibus, consumindo a mistura de diesel com 7% de AEAC e 2% do aditivo inglês BIO7
Na Usina São Martinho uma frota de 11 caminhões consumiu o combustível diesel misturado com 10% de etanol anidro sem aditivos, durante a safra do ano 2002. Nas safras do 2003 ao 2005 ampliaram o consumo da mistura a 40 equipamentos, nesta ocasião a mistura foi formulada com 5% de etanol anidro sem aditivos
Em 2004: O Grupo Dedini Agro realizou testes em caminhões de serviço da UsinaSão Luis em Pirassununga, consumindo a mistura de diesel com 10% de etanol anidro y 0,5% do aditivo Octimise D 7001. 
LADETEL: A mistura ternária MD-AA5-BE5 é constituída de diesel (90%), álcool anidro (5%) e ésteres etílicos de soja (5%)
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 Adição de Etanol
Misturas de Etanol Anidro ao Óleo Diesel
Desvantagens
Menor estabilidade;
Redução no número de cetano;
Deterioração da lubricidade.
♥
♥
♥
Menor poder calorífico;
♥
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Aditivos promotores da mistura álcool – diesel: Co-solvente 
Os co-solventes possuem:
Grupos doadores de hidrogênio (OH, SH, NH, o NH2) 
e/ou 
Grupos que aceitam hidrogênio (≡N, =N-, =O, =S, -NH-, -O-, -S- ou -N<).
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Associações por Ligação de Hidrogênio entre a extremidade polar 
do co-solvente e as moléculas de etanol e água
E: Molécula de etanol
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Por outra parte, a cadeia hidrocarbônica apolar do co-solvente e os hidrocarbonetos do diesel atraiam-se pelas chamadas forças de Van der Waals, presentes nas moléculas de muito baixa polaridade. Estas forças devem-se a dipolos transitórios que se formam nas moléculas como resultado dos movimentos dos elétrons. Em certo instante uma parte da molécula torna-se ligeiramente negativa, entretanto na outra região aparece uma carga positiva equivalente. Baixo a teoria destas forcas de atração intermoleculares manterem-se a solubilidade entre as moléculas do co-solvente e os hidrocarbonetos do diesel. 
Solubilidade entre as moléculas do co-solvente e os hidrocarbonetos do diesel
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Desempenho e consumo de combustível 
em motor Diesel com bomba injetora rotativa
Norma Brasileira NBR ISSO 1585 “Veículos rodoviários - Código de ensaio de motores - Potência líquida efetiva”, 
Laboratório de Máquinas Térmicas da Escola Politécnica da UFRJ, 
Motor MWM Modelo 4.10TCA equipado com bomba de injeção rotativa, consumindo as seguintes qualidades de combustível:
Combustível diesel S-500 (com 2% biodiesel)
Mistura de combustível diesel S-500 (com 2% biodiesel) + 8% de etanol anidro
Gráf1
		57.5		52.7		550.7		510.2
		74.1		67.2		580.8		529.3
		87.7		80.4		598.7		546.5
		101.4		91.1		610.5		548.5
		102.4		95.5		547.9		513.6
		111.8		103.2		532.6		488.5
		114.2		104.1		496.7		450.9
		109		98.1		436.5		393.5
Potencia: Consumindo diesel com 2% biodiesel
Potencia: Consumindo a mistura
Torque: Consumindo diesel com 2% biodiesel
Torque: Consumindo a mistura
Rotacao, rpm
Potencia, kw Torque N/m
Plan1
		Corrida realizada el 1/Julio/2005 em el motor CUMMINS modelo BTAA 5.9, consumiendo Combustible Diesel.
		
														Composición de los gases de emisión
		RPM		Torque		Potencia		Tempratura del combustible		Temperatura		Temperatura de salida		O2		CO		CO2		Hidrocarburos		NOX
								que regresa al tanque		after coolerafter cooler		de los gases de emisión
				N/m		kw		ºC		ºC		ºC		%		%		%		ppm		ppm
		1000		550.7		57.5		27		74		391		10		0.16		7.6		7		823
		1200		580.8		74.1		29		88		430		11.5		0.03		6.4		7		867
		1400		598.7		87.7		31		106		430		12.2		0.02		6		7		892
		1600		610.5		101.4		31		122		418		11.8		0.02		6.7		8		895
		1800		547.9		102.4		34		131		405		12.1		0.02		6.7		7		760
		2000		532.6		111.8		39		137		395		12.1		0.02		6.5		7		575
		2200		496.7		114.2		40		150		418		11.9		0.03		6.5		6		472
		2400		436.5		109		44		156		431		12.1		0.03		6.5		8		365
		
		
		
		RPM		Consumo Específico		Consumo Específico
				Combustible Diesel		Mezcla
				g/kw h		g/kw h
		1000		260		318
		1200		247		259
		1400		248		250
		1600		248		263
		1800		258		273
		2000		260		279
		2200		278		294
		2400		305		318
		2600		365
		Promedio		274		282
		Incremento de		2.8
		Consumo, %
		
		
		
		
		Corrida realizada el 1/Julio/2005 em el motor CUMMINS modelo BTAA 5.9, consumiendo Combustible Diesel + 8% Etanol Anhidro + 2% de Biodiesel de Sebo + 0,5% SPAN 80.
		
														Composición de los gases de emisión
		Rotación		Torque		Potencia		Tempratura del combustible		Temperatura		Temperatura de salida		O2		CO		CO2		Hidrocarburos		NOX
								que regresa al tanque		after coolerafter cooler		de los gases de emisión
		RPM		N/m		kw		ºC		ºC		ºC		%		%		%		ppm		ppm
		1000		510.2		52.7		32		68		186		11.1		0.11		8.3		6		688
		1200		529.3		67.2		33		82		285		12.4		0.02		7.2		5		679
		1400		546.5		80.4		34		97		309		13.1		0.01		6.6		6		682
		1600		548.5		91.1		35		113		325		12.4		0.02		6.9		4		728
		1800		513.6		95.5		38		124		329		12.3		0.02		6.6		3		622
		2000		488.5		103.2		40		136		335		12.6		0		6.8		4		454
		2200		450.9		104.1		42		146		342		12.2		0		6.9		6		368
		2400		393.5		98.1		44		152		355		12.4		0		6.8		6		275
		
		
		Rotación		Pérdida de Potencia
		RPM		%
		1000		7.3
		1200		8.86
		1400		8.71
		1600		10.15
		1800		6.2
		2000		8.28
		2200		9.22
		2400		9.85
		Promedio		8.57
Plan1
		0		0		0		0
		0		0		0		0
		0		0		0		0
		0		0		0		0
		0		0		0		0
		0		0		0		0
		0		0		0		0
		0		0		0		0
Potencia: Consumindo diesel com 2% biodiesel
Potencia: Consumindo a mistura
Torque: Consumindo diesel com 2% biodiesel
Torque: Consumindo a mistura
Rotacao, rpm
Potencia, kw Torque N/m
Plan2
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
Increase of consumption: 2,8%
Consuming diesel fuel
Consuming blend fuels
Speed, RPM
Specific fuel consumtion, g/kw h
Plan3
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
		0		0
Concentración de NOx em los gases de emisión del motor consumiendo Combustible Diesel
Concentración de NOx em los gases de emisión del motor consumiendo la Mezcla
Rotación, RPM
Concentración de NOx, ppm
		
		
*
Perda de Potência do Motor ao Consumir 
a Mistura 
A potência do motor se reduziu praticamente proporcionalmente ao teor de etanol adicionado na mistura, com perda média de 8,6%±2%.
*
Consumo específico de combustível 
*
Média das emissões expelidas na descarga 
do motor CUMMINS MOD BTAA 5.9 
As emissões médias de óxidos de nitrogênio (NOx) e hidrocarbonetos reduziram-se 20,41% e 7,01%, respectivamente.