universidade federal do rio grande do norte · iv agradecimentos À minha esposa joelia williane...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA MECÂNICA
ANÁLISE EXPERIMENTAL DO CONSUMO DE UM VEÍCULO FLEX OPERANDO
COM DIFERENTES MISTURAS DE GASOLINA/ETANOL EM TRÁFEGO
URBANO
Dissertação submetida à
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
como parte dos requisitos para a obtenção do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA
FÁBIO PIMENTA DE LIRA
FRANCISCO DE ASSIS OLIVEIRA FONTES
ORIENTADOR
LÚCIO ÂNGELO DE OLIVEIRA FONTES
COORIENTADOR
Natal, novembro de 2015.
ii
iii
Esse trabalho é dedicado aos meus pais e
a toda minha família por tudo o que eles
representam a mim. Em especial, ao
meu avô pela humildade e sabedoria que
foi transmitido a mim ao longo dos anos.
iv
AGRADECIMENTOS
À minha esposa Joelia Williane por tudo o que representa na minha vida, pelo
incentivo, dedicação e paciência.
Ao meu orientador Prof. Dr. Francisco de Assis Oliveira Fontes pelo incentivo
constante e pelo tempo dedicado aos experimentos, sempre debatendo e sugerindo ações para
o enriquecimento do trabalho.
Ao grande amigo Walcker Gomes pelo apoio e incentivo nos momentos difíceis.
Ao engenheiro Luís Henrique Gonçalves Costa pelo grande incentivo para a realização
e conclusão desse mestrado.
Ao INSPETRANS pelo apoio prestado na realização dos ensaios de emissões de
poluentes.
v
RESUMO
O presente estudo trata de uma análise, em caráter experimental, do consumo de combustível
de um veiculo Flex, operando com diferentes misturas de gasolina e etanol em tráfego urbano,
o que permite obter resultados mais condizentes com a realidade do motorista. Haja vista que
a maioria dos proprietários desconhece a possibilidade de misturar os combustíveis no
momento do abastecimento, possibilitando assim a escolha mais economicamente viável da
mistura gasolina/etanol, acarretando numa redução dos custos e, possivelmente, uma
diminuição nos índices de emissão de poluentes. Atualmente, existe um mito criado pela
população que o abastecimento com etanol só se torna viável caso o valor deste não ultrapasse
70% do valor da gasolina comum. Entretanto os veículos com essa tecnologia possibilitam
operar com qualquer percentual de mistura no tanque de combustível, porém, hoje, muitos dos
proprietários desses veículos não utilizam esse recurso com eficiência, por desconhecerem
essa possibilidade de mistura ou pela razão de não existir um estudo mais profundo em
relação ao percentual ideal da mistura que proporcione um maior rendimento com um custo
inferior ao proposto pelos fabricantes.
Palavras-chave: Veículos Flex, Consumo de combustível, Mistura Gasolina/Etanol,
Emissões de poluentes.
vi
ABSTRACT
This study is an analysis, on a trial basis, the fuel consumption of a Flex vehicle, operating
with different mixtures of gasoline and ethanol in urban traffic, allowing more consistent
results with the reality of the driver. Considering that most owners unaware of the possibility
of mixing the fuel at the time of supply, thus enabling the choice of the most economically
viable mixing gasoline / ethanol, resulting in lower costs and possibly a decrease in pollutant
emission rates. Currently, there is a myth created by the people that supply ethanol only
becomes viable if the value of not more than 70% of regular gasoline. However vehicles with
this technology make it possible to operate with any percentage of mixture in the fuel tank,
but today many of the owners of these vehicles do not use this feature effectively, because
they ignore the possibility of mixing or the reason there is a deeper study regarding the
optimal percentage of the mixture to provide a higher yield with a lower cost than proposed
by the manufacturers
Keywords: Flex vehicles, fuel consumption, Blend Gasoline / Ethanol, Emissions.
vii
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 4.1 - Imagem do circuito de testes ................................................................................ 22
Figura 4.2 - Fotografia do motor do veículo analisado ............................................................ 22
Figura 4.3 - Fotografia do motor analisador de gases SUN, modelo PGA-500 ....................... 25
Figura 5.1 - Gráfico do consumo médio de combustível das diferentes misturas .................... 29
Figura 5.2 - Gráfico das distâncias percorridas em função das misturas ................................. 31
Figura 5.3 - Gráfico do custo das misturas por km rodado ...................................................... 33
Figura 8.2.1 - Fotografia do volume de gasolina para mistura E25 utilizado no teste de
rodagem .................................................................................................................................... 45
Figura 8.2.2 - Fotografia do volume de gasolina para mistura E50 utilizado no teste de
rodagem .................................................................................................................................... 45
Figura 8.2.3 - Fotografia do volume de gasolina para mistura E75 utilizado no teste de
rodagem .................................................................................................................................... 45
Figura 8.2.4 - Fotografia do volume de etanol para mistura E50 utilizado no teste de
rodagem.. .................................................................................................................................. 46
Figura 8.2.5 - Fotografia do volume de etanol para mistura E75 utilizado no teste de
rodagem.. .................................................................................................................................. 46
Figura 8.2.6 - Fotografia do selo do INMETRO da bomba de etanol ...................................... 46
Figura 8.2.7 - Fotografia do selo do INMETRO da bomba de gasolina .................................. 47
Figura 8.2.8 - Fotografia do consumo médio de combustível para mistura E25 ...................... 47
Figura 8.2.9 - Fotografia da velocidade média do percurso com a mistura E25 ...................... 47
Figura 8.2.10 - Fotografia do tempo e da distância percorrida com a mistura E25 ................. 48
Figura 8.2.11 - Fotografia do consumo médio de combustível para mistura E50 .................... 48
Figura 8.2.12 - Fotografia da velocidade média do percurso com a mistura E50 .................... 49
Figura 8.2.13 - Fotografia do tempo e da distância percorrida com a mistura E50 ................. 49
Figura 8.2.14 - Fotografia do consumo médio de combustível para mistura E75 .................... 50
Figura 8.2.15 - Fotografia da velocidade média do percurso com a mistura E75 .................... 50
Figura 8.2.16 - Fotografia do tempo e da distância percorrida com a mistura E75 ................. 51
Figura 8.2.17 - Fotografia do Consumo médio de combustível para mistura E100 ................. 51
Figura 8.2.18 - Fotografia da velocidade média do percurso com a mistura E100 .................. 52
Figura 8.2.19 - Fotografia do tempo e da distância percorrida com a mistura E100 ............... 52
Figura 8.2.20 - Fotografia do volume de gasolina para mistura E25 utilizado no ensaio de
emissões de gases ..................................................................................................................... 53
viii
Figura 8.2.21 - Fotografia do volume de gasolina para mistura E50 utilizado no ensaio de
emissões de gases ..................................................................................................................... 53
Figura 8.2.22 - Fotografia do volume de gasolina para mistura E75 utilizado no ensaio de
emissões de gases ..................................................................................................................... 53
Figura 8.2.23 - Fotografia do volume de etanol para mistura E50 utilizado no ensaio de
emissões de gases .................................................................................................................... 54
Figura 8.2.24 - Fotografia do volume de etanol para mistura E75 utilizado no ensaio de
emissões de gases ..................................................................................................................... 54
Figura 8.2.25 - Fotografia do volume de etanol para mistura E100 utilizado no ensaio de
emissões de gases ..................................................................................................................... 54
Figura 8.3.1 - Resultado da análise de emissões de gases da mistura E25 ............................... 55
Figura 8.3.2 - Resultado da análise de emissões de gases da mistura E50 ............................... 56
Figura 8.3.3 - Resultado da análise de emissões de gases da mistura E75 ............................... 57
Figura 8.3.4 - Resultado da análise de emissões de gases da mistura E100 ............................. 58
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1 - Preço médio dos combustíveis no RN .................................................................. 28
Tabela 5.2 - Consumo médio de combustível .......................................................................... 28
Tabela 5.3 – Poder calorífico das misturas ............................................................................... 29
Tabela 5.4 - Porcentagem da distância percorrida em relação à gasolina ................................ 30
Tabela 5.5 - Custo médio por quilômetro rodado ..................................................................... 31
Tabela 5.6 - Porcentagem do custo do etanol nas misturas ...................................................... 32
Tabela 5.7 - Razão do preço da gasolina x custo por quilômetro ............................................. 32
Tabela 5.8 - Porcentagem de CO2 emitidas pelo veículo ......................................................... 33
Tabela 5.9 - Porcentagens de CO emitidas pelo veículo .......................................................... 34
Tabela 5.10 - Porcentagem de monóxido de carbono corrigido por unidade volume .............. 34
Tabela 8.1.1 - Leitura do computador de bordo para mistura E25 ........................................... 42
Tabela 8.1.2 - Leitura do computador de bordo para mistura E50 ........................................... 42
Tabela 8.1.3 - Leitura do computador de bordo para mistura E75 ........................................... 42
Tabela 8.1.4 - Leitura do computador de bordo para mistura E100 ......................................... 42
Tabela 8.1.5 - Velocidade média real ....................................................................................... 43
Tabela 8.1.6 - Consumo médio real .......................................................................................... 43
Tabela 8.1.7 - Custo por quilômetro rodado ............................................................................. 43
Tabela 8.1.8 - Custo médio de combustível por quilômetro rodado no RN ............................. 43
Tabela 8.1.9 - Porcentagem do custo do etanol nas misturas com gasolina ............................. 43
Tabela 8.1.10 - Razão do preço da gasolina x custo por quilômetro ........................................ 44
Tabela 8.1.11 – Porcentagens de dióxido de carbono emitido pelo veículo ............................ 44
Tabela 8.1.12 - Porcentagens de monóxido de carbono emitido pelo veículo ......................... 44
Tabela 8.1.13 - Porcentagens de monóxido de carbono corrigido emitido pelo veículo ........ 44
x
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
AEAC - Álcool Etílico Anidro Combustível
AEHC - Álcool Etílico Hidratado Combustível
ANFAVEA - Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores
ANP - Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
ASG - Automated Sequential Gearbox (Caixa de Transmissão Sequencial Automatizada)
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente
ECU - Unidade de Controle do Motor
FFV – Flexible Fuel Vehicles (Veículos Flex)
INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
INOVAR - AUTO - Programa de Incentivo à Inovação Tecnológica e Adensamento da
Cadeia Produtiva de Veículos Automotores
INSPETRANS – Instituto de Pesquisa, Engenharia e Transporte LTDA
IPI – Imposto sobre os Produtos Industrializados
OPEP - Organização dos Países Exportadores de Petróleo
PBEV – Programa Brasileiro de Etiquetagem de Veículos Leves de Passageiros e Comerciais
Leves com Motores do Ciclo Otto
PFI – Port Fuel Injection (Sistema de Injeção Portátil)
PROCONVE – Programa de Controle de Poluição do Ar por Veículos Automotores
SFG – Software Flexfuel Sensor (Programa de Sensoriamento Flex)
xi
LISTA DE SÍMBOLOS
C - Consumo médio (km/l)
d - Distância percorrida (km)
E18 - Gasolina pura com adição de 18% (v/v) de etanol anidro (adimensional)
E25 - Gasolina pura com adição de 25% (v/v) de etanol anidro (adimensional)
E50 - Gasolina pura com adição de 50% (v/v) de etanol anidro (adimensional)
E75 - Gasolina pura com adição de 75% (v/v) de etanol anidro (adimensional)
E100 - Etanol anidro (adimensional)
PCI – Poder Calorífico Inferior (kJ/kg)
Pe - Preço do etanol (R$)
Pg - Preço da gasolina (R$)
V - Volume de combustível (L)
Ve - Volume do etanol (L)
Vg - Volume da gasolina (L)
Vms - Valor médio da mistura (R$)
Vkm - Valor médio da mistura por km rodado (R$)
xii
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 01
1.1. Objetivo do trabalho ..................................................................................................... 02
1.2. Justificativas .................................................................................................................. 02
1.3. Organização da dissertação ........................................................................................... 03
2. REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................................ 04
2.1. Aspectos teóricos .......................................................................................................... 04
2.1.1. Veículos com tecnologia Flex ................................................................................ 04
2.1.2. Histórico dos automóveis Flex .............................................................................. 05
2.2. Programas de redução de emissões de poluentes .......................................................... 08
2.2.1. Programas nacionais de redução de emissões de poluentes .................................. 08
2.2.2. Protocolo de Kyoto ................................................................................................ 09
3. ESTADO DA ARTE ........................................................................................................... 11
3.1. Resumos dos experimentos ........................................................................................... 11
3.2. Princípio de funcionamento .......................................................................................... 18
4. METODOLOGIA ................................................................................................................. 20
4.1. Procedimento experimental .......................................................................................... 20
4.1.1. Descrição dos equipamentos ................................................................................... 20
4.1.2. Instrumentação do veículo ...................................................................................... 20
4.1.3. Preparação das misturas do teste de rodagem ........................................................ 21
4.1.4. Preparação das misturas para análise de gases ...................................................... 21
4.2. Descrição dos procedimentos de ensaio ....................................................................... 21
4.2.1. Definição do circuito de testes ............................................................................... 21
4.3. Definição dos testes de rodagem .................................................................................. 23
4.3.1. Métodos para medição do consumo ........................................................................ 24
4.3.2. Análise econômica do custo por km rodado ........................................................... 24
4.4. Definição da análise de gases ....................................................................................... 25
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................................... 28
6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES ......................................................................................... 35
7. REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 37
8. APÊNDICES ........................................................................................................................ 42
8.1. Tabelas .......................................................................................................................... 42
8.2. Registros fotográficos .................................................................................................. 45
8.3. Resultados das análises de emissões de gases ............................................................. 55
1
CAPÍTULO 01
1. Introdução
Tem-se buscado nos últimos anos uma maior inserção dos biocombustíveis no
segmento de transporte, visando à redução da dependência do petróleo e das emissões de CO2,
principal gás responsável pelo aquecimento global. O Brasil e os EUA são atualmente os
maiores produtores e consumidores mundiais de etanol.
Nos EUA, o etanol é produzido a partir do milho apenas na forma anidra, sendo usado
principalmente na mistura com a gasolina até o percentual de 15% em volume (E15) para
veículos exclusivamente a gasolina. No Brasil, o etanol é produzido a partir da cana de
açúcar, sendo usado na forma anidra na mistura com a gasolina e com percentuais de 18% a
25% em volume (E18 - E25) (ANP, 2011a). Ainda no Brasil, o etanol também é produzido
em larga escala na forma hidratada, contendo de 4,0 a 4,9% v/v de água (ANP, 2011b), para
uso em veículos Flex. Esses veículos podem funcionar com a gasolina adicionada de etanol
anidro (E18 - E25), 100% de etanol hidratado ou misturas desses combustíveis (MELO et al.,
2010; VICENTINI et al., 2011).
O Brasil e o EUA possuem a tecnologia Flex, sendo que, no caso americano, é
permitido o uso da mistura com teor máximo de 85% de etanol anidro e 15% de gasolina
adicionada em volume (E85), para melhor desempenho na partida a frio do motor. No caso
brasileiro, os veículos Flex funcionam com o uso de até 100% de etanol hidratado. Existem
iniciativas, a nível internacional, visando o aumento do percentual de adições de etanol anidro
à gasolina, podendo chegar até 15% em volume de etanol anidro em alguns países, como nos
EUA, ou até 25%, como é atualmente permitido para veículos no Brasil (MELO et al., 2010;
VICENTINI, 2011).
Hoje o Brasil é o país líder mundial no uso de energia renovável em veículos. Onde
em 2003, foi lançada, a tecnologia Flex para os veículos com ignição por centelha (BUCCI et
al., 2003; MARSON et al., 2003). Essa tecnologia permite a operação do veículo tanto com
gasolina (esta com etanol anidro adicionado de 18 a 25% v/v), quanto com etanol hidratado,
em qualquer percentual de mistura desses combustíveis, sendo um caso único no mundo
quanto ao uso de etanol hidratado em larga escala. Tal tecnologia teve grande penetração no
mercado brasileiro de veículos, representando em 2010 aproximadamente 85% de vendas de
novos veículos no país (MELO et al., 2010; VICENTINI, 2011).
2
Com relação ao desempenho desses veículos, muitas pesquisas estão sendo feitas no
país no sentido de se conseguirem melhores resultados de emissões e de consumo.
(VICENTINI et al., 2005; AMORIM et al., 2005a;; BAÊTA, 2006;; MELO et al.,2010;
COSTA et al., 2010; MACHADO et al., 2011).
1.1. Objetivos do trabalho
Esta dissertação de mestrado tem como objetivo geral identificar o consumo de
diferentes misturas de gasolina/etanol, num automóvel equipado com motorização Flex, em
trânsito urbano, tendo como objetivos específicos apontar um percentual que possa vir a
proporcionar uma diminuição no custo por quilômetro rodado, e os seus respectivos valores
de emissões de gases poluentes.
1.2. Justificativas
Desde o surgimento dos carros Flex, convencionou-se dizer que o abastecimento do
etanol deixa de ser vantajoso quando o seu preço ultrapassa a margem de 70% do preço da
gasolina. Esse cálculo é pouco preciso, pois o mercado automobilístico dispõe de veículos
com diferentes características de motores, que podem influenciar diretamente no consumo de
combustível.
Diante desse fato, surgiu a necessidade de fazer uma pesquisa mais aprofundada que
mostrasse o percentual de mistura do etanol na gasolina, que proporcione o maior rendimento
possível, com um custo inferior, se comparado com o uso da gasolina comum. Vale salientar
que muitos proprietários desses veículos desconhecem outras possibilidades de misturas,
acarretando num elevado custo por quilômetro rodado.
Além disso, a mistura da gasolina com o etanol pode reduzir consideravelmente os
índices de emissões de poluentes causados pela combustão do combustível fóssil, uma vez
que o etanol é um combustível originário de uma fonte renovável de energia, no Brasil,
proveniente da cana de açúcar. Dessa maneira, o próprio plantio desse vegetal já contribui
com a captação do CO2 presente na atmosfera terrestre, pois esse elemento é de fundamental
importância para a realização da fotossíntese.
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1.3. Organização da dissertação
O Capítulo 2 apresenta um breve histórico de como surgiu a tecnologia Flex nos
motores de combustão interna automotivos, o seu princípio de funcionamento e os programas
de redução dos índices de emissão de poluentes dos veículos automotores.
O Capítulo 3 apresenta uma revisão bibliográfica e o estado da arte na área de
experimentos em banco de provas e de modelagem de motores. São descritos experimentos
em bancos de provas com o uso de misturas gasolina-etanol em diferentes percentuais e seus
efeitos no desempenho e nas emissões de motores.
O Capítulo 4 descreve as metodologias usadas no trabalho e na realização dos
experimentos. Estão incluídas informações da instrumentação do veículo e os seus dados
técnicos, bem como a definição da rota dos testes, preparação das misturas de combustíveis e
o método para a medição do consumo.
O Capítulo 5 apresenta os resultados e a discussão dos valores de consumo e de
emissões obtidos com o uso de diferentes misturas de etanol hidratado na gasolina no circuito
de testes.
O Capítulo 6 apresenta as considerações finais, a contribuição do mestrado e as
propostas de trabalhos futuros.
4
CAPÍTULO 02
REVISÃO DA LITERATURA
2.1. Aspectos Teóricos
2.1.1. Veículo com tecnologia Flex - História do Proálcool
O uso de etanol como combustível veicular no país ganhou grande impulso a partir de
1975 com o estabelecimento do Programa Nacional do Álcool – Proálcool. Nos primeiros
anos, o programa incentivou a produção de etanol anidro (AEAC) para ser misturado à
gasolina até um teor de 20% e, a partir de 1977, passou a promover também o uso puro de
etanol hidratado (AEHC) como combustível veicular.
Em virtude da resistência inicial das montadoras de veículos em produzirem
automóveis dedicados ao etanol, a primeira estratégia da coordenação do Proálcool, para
disseminar a tecnologia proposta, foi promover a conversão de motores que originalmente
operavam com gasolina para que funcionassem com etanol hidratado. Embora esse período de
conversão de motores, juntamente com as frotas de demonstração estabelecidas na época,
tenha ajudado a despertar o interesse do consumidor no uso de etanol hidratado como
combustível veicular, somente a partir de 1979, com a assinatura de um acordo entre a
coordenação do Proálcool e a Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores
- ANFAVEA, é que se iniciou a produção de veículos originais movidos a etanol e o
programa efetivamente deslanchou. (MELO et al., 2010; AMORIM et al., 2005).
O principal vetor de desenvolvimento da tecnologia de motores a álcool, na época, era
o aumento de eficiência energética, coerente com os aspectos estratégico e econômico que
pautaram a criação do Proálcool. Considerações de cunho ambiental não eram prioritárias,
embora a característica do etanol como combustível renovável já fosse reconhecida e
apontada como sendo uma qualidade importante.
A partir de meados dos anos oitenta, além dos aspectos mencionados, passaram a
serem valorizadas as características ambientais e sociais do etanol. Do ponto de vista da
engenharia automotiva, o desenvolvimento tecnológico passou a ser determinado,
principalmente, pelos requisitos ambientais de controle da emissão de poluentes e de
satisfação do consumidor final, não raramente relegando a um segundo plano a eficiência
energética no aproveitamento do combustível. (MARSON et al., 2003).
5
O Proálcool começou a entrar em crise a partir de 1987, momento em que o Estado
aplicou apenas 3% dos investimentos totais do Programa, dando fim a paridade de preço de
64% entre o álcool e a gasolina, fator que desestimulou a expansão e a renovação dos
canaviais. Outro aspecto que influenciou na queda do Programa foi a baixa do preço de
petróleo juntamente com o aumento do valor do açúcar no mercado internacional. Devido a
este último acontecimento, grande parte dos usineiros produtores de álcool passou a vender
sua matéria-prima para a produção de açúcar no lugar do álcool, pois visava à exportação.
(AMORIM et al., 2005)
No final da década de 80, quando ocorreu um desabastecimento parcial do mercado
por oferta insuficiente de etanol, simultaneamente, com a queda dos preços do petróleo e a
abertura do mercado nacional para veículos importados (principalmente a gasolina), a
demanda por automóveis a etanol despencou, de modo que a partir de 1995, se manteve
abaixo de 5%. As montadoras juntamente com os consumidores passaram a descrer no
Proálcool, fato que favoreceu a queda brusca da produção deste automóvel a patamares
bastante desestimulantes. (AMORIM et al., 2005; COSTA et al., 2010)
2.1.2. Histórico dos automóveis Flex
O carro Flex surgiu no ano de 1998 no país que mais consome combustíveis derivados
do petróleo (EUA) com o intuito de amenizar a enorme dependência do petróleo fornecido
pelos países que formam a Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP). Os
principais fabricantes de automóvel dos Estados Unidos passaram a fornecer veículos,
chamados de Flexible Fuel Vehicles (FFV), com capacidade de transitar com gasolina ou com
etanol contendo 15% de gasolina. Nesse caso, o motorista tinha a liberdade de abastecer seu
veículo com gasolina ou com E85, esse etanol possui o nome de E85, pois sua composição é
de 85% de etanol e 15% de gasolina. (KOÇ et al., 2009.)
O carro Flex, fabricado no Brasil, pode utilizar o combustível E100. Esse álcool é do
tipo hidratado, com 7% de água obtida pelo processo de destilação e 1% de gasolina para
descaracterizá-lo como bebida alcoólica. Nos EUA, o álcool utilizado é o anidro (com 0,5%
de água). Este álcool também é empregado no Brasil, mas para misturar com a gasolina
unicamente, de 20% a 25%, por força de lei. (MELO et al., 2010; VICENTINI et al., 2011)
Em 1992, a General Motors englobou a tecnologia Flexfuel no mercado norte
americano. Atualmente os usuários consideram essa tecnologia confiável com custos
6
equivalentes aos dos automóveis a gasolina. Essa tecnologia não logrou êxito naquele período
devido a um sensor, responsável por detectar o teor dos dois combustíveis da mistura ser
demasiado caro, o que o tornou inviável comercialmente. (VICENTINI et al.,2011).
O motor Flex lançado no Brasil é uma tecnologia brasileira inicialmente desenvolvida
por um grupo de 35 especialistas nas áreas de química, de informática e de mecânica,
coordenada pelo engenheiro Erwin Franieck. Eles foram responsáveis por criar o primeiro
protótipo de carro Flex nacional, na década passada, em 1994, pela empresa de componentes
automotivos da multinacional Bosch, filial localizada em Campinas e sede na Alemanha.
(BOSCH, 2004; MELO et al., 2009; VICENTINI et al.,2011).
Na década anterior ao lançamento, os engenheiros da Bosch iniciaram uma retomada
do projeto Flex estrangeiro. Esse fator obrigou a possibilidade dos veículos Flex substituírem
os motores restritamente a álcool, representando certa atratividade e economia para as
montadoras, pois não precisariam criar projetos em duplicata para veículos a álcool e a
gasolina. (BOSCH, 2004)
A empresa desenvolveu seus estudos em meio à crise no abastecimento de álcool, no
fim da década de 80, em um veículo 2.0 a álcool, a fim de torná-lo eficiente tanto com
gasolina quanto com álcool. Esta foi uma forma de aproveitar a disponibilidade do álcool no
Brasil sem espantar de novo o consumidor, devido aos problemas gerados pelo Proálcool. Os
especialistas tiveram que fazer modificações no sistema de gerenciamento do motor, fazer
modificações na geometria: trocar os pistões para elevar a taxa de compressão; tornar os
materiais resistentes à corrosão do álcool; adequar o avanço da ignição, o sistema de partida e
as velas da ignição ao uso dos dois combustíveis. (VICENTINI et al.,2011; ; MELO et al.,
2009).
O avanço nos estudos do motor Flex, pela Bosch, se deu também devido ao intenso
trabalho de pesquisa iniciado em 1982, com o desenvolvimento do sistema de injeção em
motores ciclo Otto a álcool. Essa perquirição possibilitou posteriormente a produção do
sistema responsável por adaptar de forma automática as condições de gerenciamento do motor
para qualquer proporção da mescla de álcool e gasolina que estivesse no reservatório.
O funcionamento do protótipo se baseava fundamentalmente na análise da quantidade
de oxigênio presente nos gases da mistura álcool/gasolina + ar resultantes da combustão por
parte da sonda lambda. O problema era que esse componente media a proporção dos fluidos
depois que o carro estava ligado, ou seja, era necessário um componente que recebesse a
informação do sensor oxigênio e ajustasse a mescla dos carburantes antes de adentrar no
cilindro. Isso fez com que houvesse uma necessidade de um software com um alto poder de
7
rapidez, capaz de processar a informação enviada pelo sensor de oxigênio. A Bosch
desenvolveu um tipo de software com esse intuito e, posteriormente, lançou o protótipo do
carro Flex em 1994. (BOSCH, 2004; BUCCI et al.)
Apesar da possibilidade de se obter um carro no mercado capaz de rodar tanto com
álcool como com gasolina, os fabricantes de automóveis não aceitaram de bom grado tal
questão, devido à crise do álcool no fim dos anos 80 e a outros fatores como o
reconhecimento da classificação fiscal, registro e o licenciamento dos novos veículos
flexíveis. Entretanto a competição entre as empresas que pesquisavam tal tecnologia fez com
que o projeto Flexfuel continuasse.
Logo, em 1999, outra importante empresa pesquisadora de tecnologia automobilística,
a Magneti Marelli do grupo Fiat, localizada em Hortolândia - SP, anunciou dispor dessa
tecnologia (100% brasileira) que possibilitava a identificação do combustível usado e a
readaptação do motor para o funcionamento de forma normal. No ano 2000, os engenheiros
dessa mesma empresa desenvolveram um algoritmo que calculava a composição do
combustível com base nas informações colhidas pelos diversos sensores que os motores dos
carros normalmente trazem. Desta maneira, foi possível aumentar a precisão do sistema Flex
sem aumentar o custo. O primeiro modelo de veículo a usar a tecnologia dessa empresa foi o
Gol Total Flex, lançado em março de 2003. (BUCCI et al., 2003; MARSON et al., 2003).
Por meio daqueles algoritmos foi criado o SFS – Software Flexfuel Sensor, um
poderoso programa desenvolvido especialmente para o veículo Flex e instalado em um chip
no centro da UCE. Esta tecnologia permite o uso de álcool, gasolina ou qualquer proporção
dos dois carburantes, sem elevar a emissão de poluentes ou perder potência, fatores que
agradam tanto consumidores quanto ambientalistas. Isto é possível graças a informações
recebidas pelos sensores instalados em todo o sistema de combustível, tais como, a sonda de
oxigênio, sensor de rotação, sensor de temperatura, de detonação e de velocidade. (BOSCH,
2004; VICENTINI et al., 2011)
Diante das informações colhidas desses sensores o programa instalado na UCE
determina o valor de carburante injetado na câmara de combustão, tal como, o momento da
saída da faísca gerada pela vela para propiciar a combustão. O sistema deve adequar o
funcionamento do motor em milissegundos. Cabe ressaltar que qualquer que seja a proporção
da mistura álcool e gasolina, o motor não apresenta a mesma potência. Quando abastecido
com o álcool, obtém menos autonomia e maior potência, com a gasolina, a situação se inverte,
menor potência e maior autonomia. (BUCCI et al., 2003; MARSON et al., 2003).
8
2.2. Programas de redução de emissões de poluentes
2.2.1. Programas nacionais de redução de emissões de poluentes
A crescente preocupação com a eficiência energética tem resultado em programas de
redução das emissões de veículos automotores e programas de desperdício de energia, sendo a
matéria objeto de normatização pelo poder público há algumas décadas, de tal forma que a
legislação do setor tem se consolidado de maneira progressivamente abrangente.
(GREENPEACE BRASIL, 2013).
No mesmo sentido, a crescente conscientização acerca dos danos causados pela
poluição atmosférica à saúde e ao bem estar da população teve como consequência a
instituição do PROCONVE, Programa de Controle de Poluição do Ar por Veículos
Automotores. Através da progressividade de etapas, nas quais, já foram implementadas em
seis fases para veículos leves e pesados, o PROCONVE estabelece limites às emissões
poluentes dos veículos novos, de modo que todos os modelos de automóveis do mercado
brasileiro são ensaiados durante sua homologação obrigatória, para atestar seu atendimento
aos tetos máximos de emissões. Importante avanço nesse sentido é o credenciamento, pelo
INMETRO, de instalações laboratoriais que alcançaram um nível necessário e suficiente à
realização de ensaios de motores regularmente de forma independente. (CONAMA, 2002)
O PROCONVE estabelece níveis máximos de emissão para homologação, cujo
desatendimento leva à transgressão legal. Os indicadores de consumo, por sua vez, não se
encontram limitados, podendo ter uma ampla variação. A ideia de que os motores mais
eficientes são também os menos poluentes e quando se trata das emissões de CO2 é
incontestável.
Em novembro de 2008, foi aprovado, por meio da portaria INMETRO nº 391, o
Regulamento de Avaliação da Conformidade para Etiquetagem de Veículos Leves de
Passageiros e Comerciais Leves com Motores do Ciclo Otto - PBEV, estabelecendo o
programa voluntário de etiquetagem veicular. Sob a coordenação do INMETRO, o PBEV foi
implementado em 2009, contando com a participação de cinco montadoras. (VICENTINI
P.C., 2011).
Em vigor desde 1º de janeiro de 2013, o Programa de Incentivo à Inovação
Tecnológica e Adensamento da Cadeia Produtiva de Veículos Automotores (Inovar-Auto) foi
lançado pelo governo em 4 de outubro de 2012 como parte do Plano Brasil Maior, e tem
validade entre 1º de janeiro de 2013 e 31 de dezembro de 2017. O programa voluntário
aumentou o imposto sobre produtos industrializados (IPI) em 30% para os veículos leves
9
vendidos no país entre os anos de 2013 a 2017 e prevê um desconto de 30 pontos porcentuais
no IPI para montadoras que aderirem ao programa. Para ter direito ao incentivo, no entanto,
os interessados devem cumprir uma série de contrapartidas, que vão aumentar gradualmente a
partir do início do programa. (VICENTINI P.C., 2011).
As medidas introduzidas pelo Programa Inovar-Auto concedem benefícios para as
empresas que estimularem e investirem na inovação e em pesquisa e desenvolvimento dentro
do Brasil. O novo regime prevê ainda a concessão de créditos presumidos adicionais de IPI
para incentivar as empresas a extrapolarem as metas estabelecidas para habilitação ao Inovar-
Auto.
O governo também estipulou um benefício de até dois pontos percentuais do IPI para
os fabricantes que ultrapassarem a meta de habilitação, fixada em 1,82 MJ/km (melhoria de
12,08% em comparação com valores de 2011), como estímulo à eficiência energética. Esse
desconto na alíquota do IPI é válido para o período entre 2017 e 2020, e será de um ponto
percentual no caso das empresas atingirem a média de 1,75 MJ/km (15,46%) e de dois pontos
percentuais, no caso de atingirem 1,68MJ/km (18,84%). A meta-alvo de 1,68MJ/km equivale
à meta europeia de 2015 de 130g de CO2/km. (ANFAVEA, 2013)
2.2.2. Protocolo de Kyoto
O Protocolo de Kyoto foi o resultado da 3ª Conferência das Partes da Convenção das
Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas, realizada no Japão em 1997. Após discussões que
se estendiam desde 1990, a conferência reuniu representantes de 166 países para discutir
providências em relação ao aquecimento global.
O documento estabelece a redução das emissões de dióxido de carbono e outros gases
do efeito estufa em 5,2% em relação aos níveis de 1990, até 2012. Um importante aspecto
deste protocolo é que apenas os países ricos (listados no chamado Anexo I) são obrigados a
reduzir suas emissões. Países em desenvolvimento, como o Brasil, grandes emissores de
poluentes, não são obrigados. (GREENPEACE BRASIL, 2013; VICENTINI P.C., 2011).
O conceito do protocolo é de responsabilidade comum, porém diferenciada. Isso quer
dizer que todos têm responsabilidades em relação ao aquecimento global, porém aqueles que
mais contribuíram para o acúmulo de gases durante a história é que devem arcar com a
obrigação de reduzir as emissões, por isso a isenção dos países em desenvolvimento. No
10
entanto, apesar de não ser obrigado, o Brasil assinou, em julho de 2002, uma carta de
ratificação.
Com a implementação deste protocolo, uma nova moeda mundial entra em vigor: Os
Créditos de Carbono, ou seja, quem diminuir os níveis de emissões além do necessário tem o
direito de negociar as cotas excedentes, surgindo assim a comercialização da nova moeda na
Bolsa de Mercadorias e Futuros. Em outras palavras, cada tonelada deixada de ser emitida ou
retirada da atmosfera poderá ser adquirida pelo país que tem metas de redução a serem
atingidas e neste ponto o Brasil se classificaria como grande investidor na área.
O Brasil tem três grandes vantagens em relação à emissão de carbono: ser um país de
renda média, classificando-o fora das obrigações do protocolo, ter uma matriz energética
limpa do ponto de vista de efeito estufa, e a principal, possuir grande área de florestas, que
têm grande participação no ciclo global do gás carbônico. Porém, sua maior desvantagem é
ainda ser considerado um grande poluidor. (GREENPEACE BRASIL, 2013).
11
CAPÍTULO 03
ESTADO DA ARTE
3.1. Resumos experimentais
A maioria dos artigos publicados na literatura internacional reporta experimentos
sobre a adição do etanol anidro à gasolina. Sendo poucos, os trabalhos que indicam o uso de
etanol hidratado. Entre os trabalhos nacionais, existem trabalhos que reportam resultados
experimentais com o etanol hidratado. HSIEH et al. (2002) investigaram o efeito da adição de
etanol anidro nos percentuais de 0%, 5%, 10%, 20% e 30% em um motor comercial. Foram
verificadas alterações das propriedades da gasolina, tais como aumento da pressão de vapor
até o percentual de 10% de etanol e o decréscimo de pressão para misturas acima desse valor.
Com o aumento do percentual de etanol, houve redução significativa de CO e HC e aumento
de CO2, devido à melhor combustão do motor. O artigo conclui que as emissões de NOx
dependem mais do regime de operação do motor do que do efeito da mistura de etanol.
HE et al. (2003) se basearam no experimento de HSIEH et al. (2002) e também
verificaram redução de HC e CO nos percentuais de 10% e 30% de etanol, porém verificaram
aumento de emissões de etanol não queimado e acetaldeído. O artigo menciona que a
eficiência do catalisador não é muito elevada para o etanol não queimado, podendo gerar
problemas ambientais.
AL-HASAN (2003) utilizou 10 misturas de etanol anidro à gasolina, variando de 0%
até 25% com incrementos de 2,5%, a fim de investigar o efeito do etanol no desempenho, no
consumo e nas emissões de um motor Toyota, 4 cilindros, 1,4 L, com razão de compressão de
9:1 e potência de 52 kW em 5600 rpm. Os experimentos foram feitos em um dinamômetro
hidráulico e o analisador de gases utilizado foi o modelo MGA 1200 da SUN, que utiliza um
detector de infravermelho para medir CO, CO2 e THC. A razão ar-combustível foi ajustada
para maximizar a potência e os ensaios foram feitos em 1000, 2000, 3000 e 4000 rpm, na
posição de ¾ de abertura de borboleta. Para cada ponto de operação, foram feitas 3 medições
para se calcular a média dos dados experimentais.
Os resultados mostraram que a adição de etanol à gasolina aumentou a potência, o
torque e a eficiência volumétrica e térmica, além de ter aumentado o consumo específico de
combustível. Com relação às emissões, as concentrações de CO e HC foram reduzidas,
enquanto a concentração de CO2 aumentou. A principal limitação dos trabalhos de HSIEH et
al. (2002), HE et al. (2003) e AL-HASAN (2003), para uso nessa dissertação, foi o baixo
12
valor de adição de etanol (25% a30%). Entretanto a constatação nesses trabalhos de tendência
de redução de CO e HC e aumento de CO2 com a adição de etanol foi útil para esta presente
dissertação.
BUCCI et al. (2003) estudaram uma metodologia de programação para a central
eletrônica do veículo, de forma a eliminar a necessidade de um sensor físico para a medição
do percentual de etanol hidratado contido no tanque do veículo Flex. Esse sensor tinha como
principal finalidade informar à central eletrônica o percentual da mistura nos instantes de
partida a frio, pois devido à baixa temperatura a sonda lambda ainda não se encontra
operacional nesses momentos. Foram feitos diversos ensaios experimentais em dinamômetro
para a medição de consumo e emissões, além de ensaios de retomada de velocidade. O
trabalho conclui que a estratégia adotada pelo programa foi capaz de predizer com precisão o
percentual da mistura, substituindo assim a necessidade de instalação de sensor físico para
instantes de partida a frio do motor.
MARSON et al. (2003) apresentaram algumas etapas referentes ao desenvolvimento
do veículo GM Corsa 1.8, 8 válvulas, Flex, no período de 2002 a 2003. Foram realizadas
modificações na central eletrônica do veículo (incluindo a elaboração de um programa para
eliminação do sensor de etanol do tanque de combustível), no sistema de injeção, na razão de
compressão, dentre outras. O trabalho concluiu que o veículo Flex modificado apresentou
uma pequena melhora de desempenho em comparação ao veículo original a gasolina. Por não
necessitar de componentes adicionais, o preço final do veículo foi mantido igual ao original a
do veículo a gasolina.
AL-FARAYEDHI et al. (2004) pesquisaram diferentes tipos de combustíveis
oxigenados (MTBE, metanol e etanol anidro) e verificaram a performance de um motor típico
a gasolina. Cada um desses combustíveis foi misturado em três diferentes percentuais (10%,
15% e 20%). Nos ensaios, o ângulo de avanço foi maximizado para a obtenção do torque
máximo em cada ponto de operação (MBT), com borboleta em abertura máxima (WOT) e
lambda igual a 1. Os combustíveis oxigenados apresentaram uma eficiência térmica maior do
que a gasolina de referência usada. Os melhores percentuais foram de 20% para o metanol e
15% para o etanol. Dentre os biocombustíveis, o metanol foi o que apresentou melhor
desempenho.
AMORIM et al. (2005a; 2005b; 2005c) realizaram diversos estudos experimentais em
um motor Fiat, do tipo Flex, modelo Fire (Fully Integrated Robotized Engine), equipado com
um kit GNV (Gás Natural Veicular) de 5ª geração e com uma central programável da injeção
eletrônica. Eles avaliaram o desempenho do motor em carga máxima, respeitando-se o valor
13
de lambda informado pelo fabricante, para gasolina, etanol e GNV. As calibrações (mapas do
motor) foram feitas para cada um dos combustíveis. Dentre os resultados foram obtidas
diversas curvas otimizadas com a melhor relação entre torque, potência e consumo específico
de cada um dos combustíveis.
AMORIM et al. (2005c) realizaram experimentos com gasolina E25 (25% de etanol
anidro), etanol hidratado (com 6% de água), mistura de 50% gasolina E25 e 50% de etanol
hidratado e GNV. O objetivo do trabalho era mostrar as diferenças de desempenho entre os
combustíveis, considerando uma razão de compressão fixa de 11:1. O melhor resultado de
potência foi obtido com o etanol hidratado, que também apresentou o pior resultado de
consumo. O GNV apresentou o melhor resultado de consumo específico entre os
combustíveis testados.
BAÊTA (2006) desenvolveu uma metodologia experimental para maximizar o
desempenho de um motor multicombustível (etanol hidratado, gasolina e GNV) turbo-
alimentado, sem prejudicar a eficiência global do motor. Um turbo-alimentador, uma central
eletrônica programável e um kit de conversão para GNV de 5a geração (MELO et al., 2006b)
foram instalados no motor, que foi calibrado para cada combustível, controlando-se a pressão
de turbo-alimentação. Foram feitas medições de pressão no cilindro para análise dos
parâmetros da combustão e de outras variáveis de desempenho do motor (potência, consumo
etc.). Esse trabalho conclui que a aplicação da turbo-alimentação mostrou-se efetiva em
permitir que se tire proveito das diferenças de propriedades entre os três combustíveis testados
(etanol, gasolina e GNV). Foram obtidos desempenhos superiores com os combustíveis
testados, sem variar a razão de compressão e sem prejuízo à eficiência global.
A principal contribuição dos trabalhos de AMORIM et al. (2005a, 2005b, 2005c) e de
BAÊTA (2006) para uso nessa dissertação foi a explicação dos procedimentos de
mapeamento do motor para condição de máximo torque. A principal limitação dos trabalhos
foi a ausência dos resultados de emissões.
TOPGÜL et al. (2006) fizeram experimentos em um motor monocilíndrico, variando a
razão de compressão (8:1, 9:1, 10:1) e o avanço de ignição em rotação constante de 2000 rpm
e borboleta plenamente aberta (WOT). Foram utilizada misturas de etanol anidro com
gasolina (E10, E20, E40 e E60). Os resultados mostraram que houve queda na emissão de HC
e CO, bem como a possibilidade de aumento da razão de compressão sem a ocorrência de
detonação no motor. Esse trabalho confirma a tendência de redução de CO e HC para teores
mais elevados de etanol (até 60%), fato observado anteriormente por HSIEH et al. (2002), HE
et al. (2003) e AL-HASAN (2003) de até 30%. Também é importante a constatação de
14
possibilidade de aumento da razão de compressão sem a ocorrência de detonação devido a
maior octanagem do etanol.
VARDE et al. (2007) estudaram o efeito de misturas de etanol anidro à gasolina (E10,
E22 e E85) nas emissões e nas taxas de liberação de energia em um motor com ignição por
centelha. Foram feitos ensaios em duas rotações (2100 e 1500 rpm) e em 4 condições de carga
(BMEP 1, 2, 3 e 4 bar). Segundo os autores, diversos estudos já foram feitos sobre a variação
de consumo de combustível com a adição de etanol na gasolina, mas ainda não há consenso
de resultados. Existe uma grande diferença quando a adição do etanol na gasolina ocorre em
um motor não calibrado para a nova mistura, ou em um motor com capacidade de auto-
calibração para o etanol.
Nos testes feitos por VARDE et al. (2007) a adição de etanol aumentou a eficiência
térmica do motor apenas para a mistura E85. Na condição estequiométrica (λ=1), as misturas
de etanol reduziram de maneira pouco significativa as emissões de CO. Com relação ao NOx,
não houve diferença significativa para os percentuais de 10 e 22%, porém houve redução
significativa da emissão com o uso de E85, sendo explicado pelo fato do elevado calor de
vaporização do E85 resultar em uma temperatura mais baixa na admissão. Também com o
E85, a temperatura de chama adiabática foi menor, resultando numa menor temperatura na
câmara de combustão, o que contribuiu para a redução do NOx. Com relação ao HC, não
houve variação significativa nos percentuais de E10 e E22, porém, com o E85 houve uma
redução significativa. Esta mistura necessitou de muito tempo para desenvolver e estabilizar a
chama na câmara de combustão, em comparação com a gasolina, em especial para pequenas
cargas.
Um ponto importante do trabalho de VARDE et al. (2007), para esta dissertação, foi a
constatação de diferenças de resultados de emissões com adição de etanol caso o motor seja
calibrado ou não, para a nova mistura de combustível. Outro fator relevante foi que os autores
não observaram diferenças significativas de CO e NOx com a adição de até 22% de etanol.
CELIK (2008) avaliou o desempenho de uma mistura com 50% de etanol (E50) em
um motor com ignição por centelha com razão de compressão modificada de 6:1 para 10:1.
Foi verificada uma redução significativa nas emissões de CO, CO2, NOx e HC quando do uso
de E50, além de uma redução de 3% no consumo específico.
MITTAL et al. (2008) estudaram o desempenho de misturas de etanol anidro em um
motor monocilíndrico, equipado com dois sistemas de injeção de combustível, sendo: um
sistema de injeção convencional (PFI) e outro de injeção direta (DI). Os ensaios
experimentais foram feitos com E85 (85% de etanol e 15% de gasolina), com gasolina pura e
15
com percentuais de 100, 70, 50 e 30% de E85 misturados à gasolina. Também foram
utilizadas duas rotações de motor e duas condições de borboleta (WOT - máxima abertura e
carga parcial). A configuração do sistema de injeção possibilitava o uso de qualquer
combustível (gasolina, E85 e misturas de E85) de forma independente em cada um dos dois
sistemas de injeção (PFI e DI) do motor.
Os resultados mostraram que, com a gasolina sendo injetada pelo sistema DI (injeção
direta) e misturas de E85 pelo sistema PFI (injeção convencional – Port Fuel Injection), a
pressão média efetiva (IMEP) aumentou com maiores percentuais da adição do E85 devido à
redução da temperatura na admissão (permite aumento da massa de ar) e devido à combustão
mais rápida do etanol. Porém, quando a gasolina foi injetada pelo sistema PFI e as misturas de
E85 pelo sistema DI, não houve variação significativa de IMEP com o aumento da adição de
E85. O trabalho também comparou dois modelos de cálculo de fração de massa queimada,
sendo um pelo método de pressão do cilindro e outro pelo método de Rassweiller & Withrow
(BALL et al., 1999) com um modelo linear politrópico.
YOUSUFUDDIN et al. (2008) pesquisaram em um motor monocilíndrico de razão de
compressão variável, o efeito do avanço de ignição, razão de equivalência e razão de
compressão no desempenho e nas emissões de poluentes com o uso de diferentes misturas de
etanol anidro à gasolina (E0, E10, E25, E35 e E65). Foi utilizada uma rotação constante de
1500 rpm e abertura máxima de borboleta (WOT), sendo a alimentação de combustível do
motor feita por um carburador. Foram utilizadas as razões de compressão de 9:1 e de 11:1 no
estudo. A razão ar-combustível foi ajustada para permitir a máxima potência para gasolina. Os
resultados mostraram que o menor consumo específico foi obtido com razão de compressão
de 11:1 com gasolina pura e com 0,95 de razão de equivalência. Um maior percentual de
etanol permitiu aumento do torque, em consequência do uso de maiores valores de avanço de
ignição. As misturas de E35 e E65 reduziram significativamente as emissões de CO e HC.
KOÇ et al. (2009) estudaram o efeito da adição de etanol anidro nas proporções de
50% (E50) e 85% (E85) em uma gasolina comum sem chumbo quanto ao desempenho e
emissões de poluentes de um motor monocilíndrico. Foram pesquisadas duas razões de
compressão (10:1 e 11:1) com rotação do motor variando de 1500 até 5000 rpm, sendo todos
os pontos em condição de borboleta totalmente aberta (WOT). O artigo destaca que o etanol,
quando comparado à gasolina, possui uma temperatura de auto-ignição mais elevada e
também uma pressão de vapor menor, facilitando o transporte e a estocagem segura do
produto, além de gerar menor perda de propriedades por emissão evaporativa. O calor latente
de vaporização também é da ordem de 3 a 5 vezes mais elevado, o que gera uma menor
16
temperatura na admissão do motor, aumentando a eficiência volumétrica. O artigo também
comenta que, devido ao fato do poder calorífico do etanol ser menor do que o da gasolina,
ocorre um aumento de consumo desse combustível para a geração da mesma potência.
Os resultados encontrados por KOÇ et al. (2009) mostraram que a adição do etanol
aumentou o torque, a potência e o consumo de combustível, além de reduzir as emissões de
monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx) e hidrocarbonetos (HC). Foi
verificado também que as misturas de etanol à gasolina permitiram o incremento da razão de
compressão sem a ocorrência de detonação.
A principal aplicação dos trabalhos de KOÇ et al. (2009) e YOUSUFUDDIN et al.
(2008) para esta dissertação é o fato de terem usado teores elevados de etanol (até 85%) com
verificação experimental do aumento do torque, potência e consumo e redução de CO e HC,
nos dois trabalhos, e também do NOx, no caso do trabalho de KOÇ et al. (2009). A principal
limitação dos trabalhos foi o uso de apenas uma condição de carga (borboleta em máxima
abertura).
Existem diversos outros trabalhos experimentais sobre o uso do etanol anidro:
YÜKSEL et al. (2004) estudaram a aplicação do etanol em motores carburados.
CEVIZ et al. (2005) estudaram a influência da adição do etanol na redução da variabilidade
das curvas de pressão e nas emissões, sendo o percentual de 10% o de melhor performance.
YOON et al. (2009) também estudaram o efeito do etanol (E85 e E100) na melhora da
variabilidade da combustão do motor, e concluíram que o etanol apresenta menores variações
de curva de pressão e de IMEP em relação à gasolina.
MELO et al. (2010). O artigo apresenta dados experimentais utilizando gasolina,
misturas de 50 e 80% de etanol hidratado à gasolina e etanol hidratado 100% em um motor
TETRAFUEL FIAT 1,4 L com central eletrônica programável. Foram feitos ensaios em
banco de provas para diferentes condições de operação do motor (lambda=1 e lambda=0,9). A
medição da pressão no cilindro do motor foi feita por um sistema AVL Indimodul e a
medição das emissões do motor foi realizada por um sistema da empresa HORIBA do tipo
on-board, modelo OBS2200 e capaz de medir CO2, NOx, CO e THC (hidrocarbonetos totais),
sendo os hidrocarbonetos medidos por um analisador do tipo ionização de chama (FID). Os
resultados mostraram que a rotação de 3875 rpm foi crítica para detonação quando do uso da
gasolina. Os resultados de emissões de CO e THC apresentaram tendência de queda, com
exceção do THC para o uso de etanol 100% e para lambda 0,9. Foi verificado que o
analisador do tipo ionização de chamas para THC sofre interferência dos oxigenados
presentes nos gases de exaustão (aldeídos e etanol não queimado). O trabalho recomendou um
17
estudo mais aprofundado das emissões de THC quando do uso de elevados percentuais de
etanol incluindo o uso de outra técnica de medição.
Em 2010, SANDSTROEM-DAHAL et al. (2010) investigaram as emissões de um
veiculo Flex, usando E85 (85% de etanol anidro e 15% de gasolina) em ensaios de
dinamômetro de chassi condicionado para diferentes temperaturas ambiente (+22°C e - 7°C).
Segundo o artigo, para uma medição correta dos hidrocarbonetos totais (THC) com utilização
de um analisador do tipo ionização de chama (FID), é necessário se calcular fatores de
resposta do analisador para diferentes concentrações de etanol não queimado no escapamento.
Dessa forma, a pesquisa recomenda o uso de um analisador de espectroscopia no
infravermelho do tipo FTIR (Fourier Transform Infrared Analyzer), que é capaz de medir até
23 poluentes em tempo real incluindo os hidrocarbonetos, o etanol não queimado e os
aldeídos. Foi usado o sistema de emissões FTIR AVL SESAM e foram obtidas boas
correlações de aldeídos do equipamento, com o método HPLC (Cromatografia Líquida de
Alta Eficiência). O método de cromatografia usa impingers (frascos) contendo solução líquida
com mistura de acetonitrila e DNPH (2,4 –dinitro-fenil-hidrazina) (ABNT, 2009).
WALLNER et al. (2010) estudaram o efeito do uso de combustíveis oxigenados nas
emissões de gases medidos com um equipamento FTIR AVL SESAM. Gasolina, etanol,
anidro e butanol foram testados em um motor de injeção direta, sendo as emissões medidas
antes do catalisador em um banco de provas de motor. Foi encontrada uma boa correlação
entre o sistema FTIR e um analisador de gases convencional para CO, CO2 e NOx. Tal artigo
mostra que as medições de hidrocarbonetos totais com analisador convencional (FID)
sofreram interferência dos oxigenados presentes na exaustão e recomenda o uso do FTIR para
uma medição com melhor precisão dos hidrocarbonetos. O trabalho avaliou além dos
hidrocarbonetos, as emissões de etanol não queimado e de aldeídos e concluiu que a emissão
da soma desses poluentes aumenta quando da adição de etanol ou butanol à gasolina.
COSTA et al. (2010) estudaram a performance e as emissões de um motor Flex 1.0 L
utilizando etanol hidratado e gasolina E22 (78% de gasolina e 22% de etanol anidro). Foram
investigados a pressão média efetiva de eixo (BMEP), potência de eixo, consumo específico e
a eficiência térmica. Foram medidas a concentração das emissões de CO, CO2,
hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio. Os resultados mostraram que o torque e a pressão
média efetiva de eixo foram maiores quando usando gasolina, nas condições operacionais de
menor rotação do motor. Para rotações elevadas, foram obtidos torque e BMEP mais elevados
com o uso do etanol. O etanol hidratado apresentou maior eficiência térmica e também maior
consumo específico do que a gasolina. Com relação às emissões, o uso do etanol hidratado
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reduziu as emissões de CO e de HC, mas aumentou o CO2 e o NOx. Com relação às emissões
de NOx apenas a rotação de 2500 rpm apresentou um decréscimo de emissões com o uso do
etanol hidratado, as demais rotações apresentaram um aumento significativo de emissões.
Segundo os autores, este aumento pode ser atribuído ao fato de maior velocidade de chama do
etanol junto com o maior valor do ângulo de avanço de ignição, que favorecem um aumento
de pico de pressão. Como consequência, há um aumento do pico de temperatura na câmara de
combustão.
3.2. Princípio de funcionamento
O princípio de funcionamento do motor Flex é o mesmo do motor movido a gasolina.
A função da UCE (Unidade de controle de emissão) no motor Flex é aferir a proporção da
mistura álcool/gasolina + ar e adequar o funcionamento do motor, modificando o tempo de
injeção de combustível, o tempo de abertura e fechamento das válvulas e o ponto de ignição.
Este último é adiantado pelo gerenciamento eletrônico (avanço da ignição), geralmente
quando se usa álcool devido ao seu baixo poder de detonação.
O motor Flex dispõe de um sistema de identificação de combustível que torna mais
rápido o processo de identificação do carburante e correção do funcionamento do motor. Um
equipamento chamado sensor de nível de combustível, responsável por informar a quantidade
de combustível, envia, por meio de um sinal elétrico, dados sobre um reabastecimento a UCE,
de forma que esta fique de sobreaviso sobre mudança de leitura do sensor de oxigênio.
Outro dispositivo que também faz parte do sistema Flex é um ohmímetro localizado de
forma estratégica no interior do reservatório de combustível com a função de enviar o valor da
resistência elétrica do combustível armazenado à Centralina, a qual identifica o tipo de
combustível ou teor de combustível está lidando. Dessa forma, a central processa os dados e
caso o reservatório de combustível possui um valor acima de 80% de álcool e uma
temperatura inferior a 20°C, aquela se encarrega de acionar a partida a frio.
O sensor de oxigênio é outro elemento de fundamental importância, pois envia dados
colhidos dos gases resultantes da combustão que saem pelo escapamento com relação à
proporção da mistura combustível (álcool/gasolina + ar) que está sendo queimada à UCE.
Assim, o sistema se adéqua ao ajuste ideal para preservar as condições de dirigir.
19
Os dispositivos que compõem o motor Flex são praticamente os mesmos. O que difere
no motor Flex, em relação ao motor a gasolina é o chip com o Software Flexfuel (sensor
instalado na UCE) e outras modificações conforme se apresenta logo abaixo:
• Mudanças na geometria e tratamento das peças para evitar corrosões;
• O coletor de admissão é adaptado para dar partida a frio, como no álcool;
• Peças como a bomba de gasolina, válvulas de escape e linha de alimentação da
bomba são adaptados;
• O tempo do fechamento e a abertura das válvulas são diferenciados;
• A taxa de compressão presente no motor Flex é de 11,7:1 (para se ter uma boa noção,
nos motores convencionais a gasolina o valor ideal é de 9:1 e nos convencionais a álcool é
12:1);
• Os bicos injetores e a bomba de combustível possuem maior vazão;
• A parede do coletor de admissão de plástico está menos rugosa;
• A galeria de combustível de plástico (porque a acidez do álcool é revelada pela sua
reação com os metais ativos, com a liberação de hidrogênio no estado gasoso);
• O corpo da borboleta e o sensor de temperatura e pressão do ar passam a se localizar
no coletor;
• A bomba de gasolina juntamente com as válvulas de escape possuem revestimento
anticorrosivos;
• Há um sistema de partida a frio com gasolina, com um orifício calibrado após o
corpo de borboleta para a injeção da gasolina do reservatório, como no modelo a álcool;
• O tempo de abertura e fechamento dos injetores é diferente do motor convencional;
• As velas de ignição possuem de um a três eletrodos de platina, com prolongamento
maior para melhorar a queima na câmara de combustão;
• O sensor de rotação substitui o distribuidor de ignição.
Apesar de utilizar como ponto de referência a tecnologia do sistema Flex americano, o
Brasil saiu à frente dele, devido ao aproveitamento da experiência com os veículos a álcool,
ou seja, a adaptação de um veículo a álcool para utilizar a gasolina. Tal fato colocou o maior
consumidor de gasolina do mundo em desvantagem, porque para adaptar um motor a gasolina
a álcool é muito mais complexo. O sistema Flex brasileiro demonstrou um desempenho e uma
economia melhor, ademais de usar 100% de álcool. (BUCCI et al., 2003; MARSON et al.,
2003).
20
CAPÍTULO 04
METODOLOGIA
4.1. Procedimento Experimental
4.1.1. Descrição dos equipamentos
O automóvel tomado como base para realização dos nossos experimentos é um sedan
ano/modelo 2010/2011, tração dianteira, coeficiente aerodinâmico de 0,313, com motor de
ignição por centelha de 4 cilindros em linha, Flex (Gasolina/Etanol), contendo 2 válvulas por
cilindro em seu cabeçote, capacidade volumétrica de 1598 cm3, taxa de compressão de 12,1:1,
potência de 101 cv (Gasolina) e 104 cv (Etanol), torques de 15,4 kgf.m (Gasolina) e 15,6
kgf.m (Etanol), com alimentação de combustível realizada através de um sistema de injeção
eletrônica multiponto Bosch, transmissão automatizada ASG de 5 marchas, com as seguintes
relações de transmissão:
1ª marcha: 3,550:1
2ª marcha: 2,250:1
3ª marcha: 1,517:1
4ª marcha: 1,026:1
5ª marcha: 0,740:1
Diferencial: 4,188:1
Esse automóvel é dotado de rodas de liga leve 6J x 15, com pneus fabricados pela
Pirelli com a seguinte medidas: 195/55/15, calibrados com as pressões recomendadas pelo
fabricante de 30 lb/pol2 na dianteira e de 28 lb/pol
2 na traseira. O veículo possui peso em
ordem de marcha de 995 kg.
No percurso do teste não foi ultrapassado o limite de velocidade de 60 km/h, além
disso, em todos os testes, o ar condicionado encontrava-se na 2ª velocidade e o veículo se
deslocava com dois ocupantes, totalizando uma massa de aproximadamente 150 kg. O
câmbio, devido ser automatizado, realizava as trocas de marchas em, no máximo, 2000 rpm.
4.1.2. Instrumentação do veículo
O veículo ensaiado conta com hodômetro digital e computador de bordo, com as
seguintes funções: distância percorrida, em km; tempo de deslocamento, em minutos;
velocidade média, em km/h; consumo médio, em km/l; e consumo instantâneo, em km/l.
21
4.1.3. Preparação das misturas do teste de rodagem
Foram preparadas 4 misturas, em recipientes distintos, com combustível fornecido por
posto de abastecimento da rede Petrobras, sendo elas:
- Mistura E25: 3 litros de gasolina comum (25% de etanol);
- Mistura E50: 2 litros de gasolina comum e 1 litro de etanol (50% de etanol);
- Mistura E75: 1 litro de gasolina comum e 2 litros de etanol (75% de etanol);
- Mistura E100: 3 litros de etanol (100% de etanol).
4.1.4. Preparação das misturas para análise de gases
Para a análise de emissão de poluentes foram preparadas 4 misturas, fornecidas pelo
mesmo posto de abastecimento da mistura do teste de rodagem, entretanto, com volumes
diferenciados:
- Mistura E25: 1 litro de gasolina comum (25% de etanol);
- Mistura E50: 666 mililitros de gasolina comum e 333 mililitros de etanol (50% de
etanol);
- Mistura E75: 333 mililitros de gasolina comum e 666 mililitros de etanol (75% de
etanol);
- Mistura E100: 1 litro de etanol (100% de etanol);
Vale salientar que os recipientes foram abastecidos com combustíveis provenientes
das mesmas bombas, com validação da calibração até o ano de 2015, descartando a
possibilidade de variação no volume de combustível depositado nos recipientes.
4.2. Descrição do procedimento de ensaio
4.2.1. Definição do circuito de testes
Para a execução dos testes foi adotado um circuito de trânsito urbano, composto de:
lombadas, radares e retornos, com a finalidade de tornar o nosso ensaio fiel à realidade
enfrentada diariamente pela maioria dos motoristas.
22
Figura 4.1: Circuito de testes
Durante a realização dos testes, foram medidos os seguintes parâmetros: volume de
combustível, distância percorrida, tempo de deslocamento e temperaturas da pista, da tampa
do eixo de comando de válvulas e do tubo distribuidor do sistema de injeção eletrônica,
conforme a figura 4.2:
Figura 4.2: Fotografia do motor do veículo analisado
Com base nas medições obtidas na leitura dos parâmetros anteriormente listados, foi
calculada a velocidade média e o consumo médio, para poder realizar o levantamento da
mistura ideal, com base no preço médio da gasolina comum e do etanol ofertados ao
consumidor.
23
4.3. Definição dos testes de rodagem
Foi iniciada a retirada de todo o combustível do tanque do veículo através da
desconexão da mangueira de alimentação e com o acionamento da bomba elétrica do próprio
automóvel, até ser expulso todo o combustível que nele estava contido; em seguida, foi
reconectado todas as mangueiras de alimentação do tanque e abastecido o veículo com a
mistura E25, contendo 25% de etanol, cujo volume era de 03 litros.
Logo em seguida, foram realizadas as medidas de temperatura da pista, 54,0 °C,
temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 76,0 °C, temperatura do tubo
distribuidor do sistema de injeção eletrônica, 73,0 °C. Dentro do veículo, o hodômetro do
painel registrava 90.710 km e as coordenadas do GPS eram de latitude: 5°56,658’S e
longitude: 35°9,998’O.
Foi zerado o cronômetro do relógio e iniciado o teste, percorrendo o circuito pré-
estabelecido até a pane seca do veículo, neste momento, foram coletados os dados de
distância do hodômetro veículo: 90.754 km, e o tempo do cronômetro, de exatos 60’12”.
Após a coleta, foi reabastecido o veículo com a segunda mistura (E50), contendo 50%
de etanol e volume de 03 litros, em seguida, coletadas as temperatura da pista, 55,0 °C,
temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 75,5 °C; temperatura do tubo
distribuidor do sistema de injeção eletrônica, 70 °C.
Em seguida, foram coletadas as informações do hodômetro: 90.754 km, as
coordenadas do GPS eram de latitude: 5°57,029’S e longitude: 35°9,402’O; percorremos todo
o circuito até a parada completa por falta de combustível. Sendo feita a verificação do
cronômetro do relógio, o qual registrava: 52’05”, e o hodômetro do veículo: 90.793 km.
Foi prosseguido com os testes, realizando as medidas de temperatura da pista, 55,0 °C;
temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 75,0 °C; temperatura do tubo
distribuidor do sistema de injeção eletrônica, 69,0 °C. Foi reabastecido o tanque com a
mistura E75, contendo 75% de etanol e volume de 03 litros, coletadas as coordenadas do
GPS, cuja latitude era de 5°54,673’S e longitude: 35°10,276’O, zerado o cronômetro e dado
início ao teste, até a parada por pane seca, ao verificar o cronógrafo e este marcava 46’21”.
Após isso, foi verificado o hodômetro do veículo, o qual registrava 90.829 km as
coordenadas do GPS eram de latitude: 5°54,673’S e longitude: 35°10,276’O.
Em seguida, foi dada continuidade aos testes aferindo as temperaturas da pista, 55,0
°C, temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 75,0 °C, temperatura do tubo
distribuidor do sistema de injeção eletrônica, 69 °C. Sendo reabastecido o tanque de
24
combustível do veículo com 03 litros da mistura E100, contendo 100% de etanol e iniciado o
último teste, até a parada do veículo, dessa vez o cronômetro marcava 42’18”, o hodômetro
registrava 90.862 km, e as coordenadas do GPS cuja latitude era de : 5°56,946’S e longitude:
35°9,546’O.
Foram verificadas as temperaturas da pista, 56,0 °C, temperatura da tampa do eixo de
comando de válvulas, 75,5 °C, temperatura do tubo distribuidor do sistema de injeção
eletrônica, 70,0 °C.
4.3.1. Métodos para medição do consumo
Para a medição do consumo, foi contado com o computador de bordo do veículo, e
realizado o cálculo pelo deslocamento por meio das coordenadas do GPS e do volume de
combustível consumido durante o trajeto, através da equação 4.1:
(4.1)
4.3.2. Análise econômica do custo por quilômetro rodado
Com base no valor do combustível do posto tomado como referência, onde o litro da
gasolina estava custando R$3,109 e o litro de etanol estava sendo comercializado por R$
2.699, pode-se calcular o valor total da mistura, pela equação 4.2:
(4.2)
De acordo com as distâncias percorridas para cada tipo de mistura, é possível calcular
o custo do combustível por quilômetro rodado, que corresponde à razão da equação 4.2 pela
distância, conforme a equação 4.3:
(4.3)
25
4.4. Definição da análise de gases
A análise de emissão de gases foi realizada nas dependências do INSPETRANS, que
cedeu o analisador de gases de fabricação SUN, modelo PGA-500, certificado pelo
INMETRO até o ano de 2016.
Esse equipamento permite captar os gases provenientes da exaustão do motor,
conforme preconiza a norma NBR 6601 (que abrange todos os veículos rodoviários leves no
quesito de determinação de hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxido de nitrogênio e
material particulado), além da rotação do motor, gerando um relatório com os valores dos
seguintes parâmetros:
- CO corrigido (em % volume);
- Fator de diluição;
- HC corrigido;
- CO (em % volume);
- CO2 (em % volume);
- HC hexano (em ppm do volume);
- Rotação e variação da rotação do motor.
Figura 4.3: Fotografia do analisador de gases SUN PGA-500
26
Como procedimento adotado como padrão, foi drenado todo o combustível que se
encontrava no tanque do veículo, através da bomba de combustível elétrica do próprio
automóvel, em seguida, foi abastecido o tanque com o volume de 1 litro da mistura E25, e
dada a partida no motor, sendo colocado em funcionamento durante 02 minutos, em marcha
lenta.
Em seguida, foi inserida a sonda na saída do escapamento, sendo coletadas as medidas
de temperatura na tampa do eixo de comando de comando de válvulas, 76 °C e iniciado os
ensaios, primeiramente, durante 30 segundos, numa rotação de 2500 rpm, com variação
máxima de ± 200 rpm, terminado esse tempo, foi efetuada a leitura em marcha lenta, com
rotação de 800 rpm, com variação máxima de ± 50 rpm, durante 30 segundos, finalizado esse
intervalo de tempo, a sonda foi retirada do escapamento do veículo e o mesmo permaneceu
em funcionamento até a parada por pane seca.
Após a impressão dos resultados, foi reabastecido o veículo com 01 litro da mistura
E50, e foi dada partida no motor que permaneceu em funcionamento durante 02 minutos, em
marcha lenta, sendo inserida a sonda na saída do escapamento do veículo, e coletadas as
medidas de temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 78 °C sendo iniciados os
ensaios primeiramente, durante 30 segundos, numa rotação de 2500 rpm, com variação
máxima de ± 200 rpm, terminado esse tempo, foi iniciada a leitura em marcha lenta, com
rotação de 800 rpm, com variação máxima de ± 50 rpm, durante 30 segundos. Finalizado esse
intervalo de tempo, a sonda foi retirada e o veículo permaneceu em funcionamento até a
parada por pane seca.
Foi efetuada a impressão dos resultados, e o veículo foi reabastecido, agora com a
mistura E75. Foi dada a partida no motor e o mesmo permaneceu em funcionamento, durante,
aproximadamente, 02 minutos, em regime de marcha lenta. A sonda foi inserida na saída do
escapamento do veículo e foi coletada a temperatura da tampa do eixo de comando de
válvulas, 77 °C. Iniciados os ensaios primeiramente, durante 30 segundos, numa rotação de
2500 rpm, com variação máxima de ± 200 rpm, terminado esse tempo, foi efetuada a leitura
em marcha lenta, com rotação de 800 rpm, com variação máxima de ± 50 rpm, durante 30
segundos, finalizado esse intervalo de tempo, foi retirada a sonda e o veículo permaneceu em
funcionamento até a parada por pane seca.
Finalmente, o veículo foi reabastecido com a mistura E100, contendo 100 % de Etanol
e foi dada a partida no motor, após o funcionamento do mesmo por 02 minutos, em marcha
lenta, foi inserida a sonda na saída do escapamento do veículo, sendo realizada a medição da
temperatura da tampa do eixo de comando de válvulas, 77 °C e iniciados os ensaios,
27
primeiramente, durante 30 segundos, numa rotação de 2500 rpm, com variação máxima de ±
200 rpm. Terminado esse tempo, foi realizada a leitura em marcha lenta, com rotação de 800
rpm, com variação máxima de ± 50 rpm, durante 30 segundos, finalizado esse intervalo de
tempo, sonda foi retirada do escapamento do veículo e foi impresso os resultados da análise.
28
CAPÍTULO 05
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para uma análise mais eficiente dos resultados obtidos nos testes, se faz necessário
tomar como referência a média de preços dos combustíveis comercializados na primeira
semana do mês de junho/2015, período em que foram realizados os testes com o veículo.
Esses valores foram fornecidos no site da ANP, no estado do Rio Grande do Norte, os quais
constam na tabela 5.1:
TABELA 5.1: Preço médio dos combustíveis no RN
COMBUSTÍVEL R$
ETANOL 2,643
GASOLINA COMUM 3,308 Fonte: ANP
Tomando como base os resultados coletados nas medições do ensaio e aplicando-se as
equações 4.2 e 4.3, obtêm-se o consumo médio de combustível para cada tipo de mistura,
conforme mostra a tabela 5.2:
TABELA 5.2: Consumo médio de combustível
Como referência dos valores da tabela 5.2, é constatado que a mistura E25 atinge a
maior autonomia, cerca de 43,80 km, com um volume de 3,00 litros, ou seja, uma média de
R$ 14,60 km/l, enquanto que a mistura E100 apresenta a pior autonomia do circuito, cerca de
23,50 km, para um volume de 3,00 litros de combustível, ou seja, uma média de apenas
R$10,83 km/l, no circuito.
Dessa forma é observada que a autonomia do veículo diminui com o aumento da
concentração de etanol na mistura, em outras palavras, a distância percorrida por litro de
mistura de combustíveis é inversamente proporcional ao teor de etanol na mistura, ficando
ainda mais evidenciado pelo declínio da reta mostrado no gráfico da figura 5.1.
MISTURA DISTÂNCIA
(km)
VOLUME
(l)
CONSUMO
(km/l)
E25 43,80 3,00 14,60
E50 39,40 3,00 13,13
E75 36,00 3,00 12,00
E100 32,50 3,00 10,83
29
Figura 5.1: Gráfico do consumo médio das diferentes misturas de combustível.
CONSUMO MÉDIO DE COMBUSTÍVEL
0
2
4
6
8
10
12
14
16
E25 E50 E75 E100
Misturas
Co
ns
um
o (
Km
/l)
O gráfico da figura 5.1 exibe no eixo horizontal as misturas de combustíveis e no eixo
vertical a média do consumo, em km/l. É bastante visível o declínio da reta, o qual se justifica
pela diminuição do poder calorífico das misturas, haja vista que o etanol possui um poder
calorífico inferior ao da gasolina comum, na ordem de 70%. A tabela 5.3 mostra os valores do
poder calorífico inferior das misturas de combustíveis utilizados nos ensaios, em kJ/kg,
baseados nos percentuais mássicos de cada mistura, conforme resoluções nº 06, 07 e 57 da
ANP.
TABELA 5.3: Poder calorífico inferior das misturas de combustíveis
MISTURA PCI kJ/kg
E25 40005
E50 38547
E75 34058
E100 28242 Fonte: Adaptado de MELO et al. ( 2009)
Ficou evidenciado que a redução da autonomia não segue, proporcionalmente, a
diminuição do poder calorífico do combustível, como mostra a tabela 5.4. É observado, que a
mistura E50 possui um PCI (Poder Calorífico Inferior) na ordem de 38547 kJ/kg, 3,64%
menor que o da mistura E25. Entretanto, em relação a distância percorrida, a mistura E50, foi
menor na ordem de 10,01%, frente a mistura E25.
Na mistura E75, cujo PCI é de 34058 kJ/kg, foi atingido um percentual de 17,81%
menor que a distância percorrida na mistura E25, entretanto, a diminuição do PCI foi na
30
ordem de 14,86%. Por sua vez, a mistura E100, cujo PCI é de 28242 kJ/kg, ou seja, 29,40%
menor que o da mistura E25, obteve uma redução da distância percorrida, frente a mistura
E25 de 25,80%.
TABELA 5.4: Porcentagem da distância percorrida em relação a gasolina
Os dados presentes na tabela 5.4 evidenciam uma redução da autonomia com o
aumento da concentração do etanol nas misturas com gasolina comum. É observado que na
mistura E25 o veículo percorreu a maior distância, ou seja, esse obteve uma autonomia de
43,80 km no circuito adotado como padrão, com o volume preestabelecido de 3,00 litros de
combustível. Na mistura E50, o veículo ensaiado percorreu uma distância de 39,40 km, com o
volume de 3,00 litros de combustível, ou seja, a distância percorrida com esta mistura foi
menor 10,01% em relação à distância percorrida com o uso de gasolina comum, ou seja, a
mistura E25. Na mistura E75, o veículo percorreu a distância de 36,00 km, com um volume
de 3,00 litros de combustível, havendo uma diminuição de autonomia na ordem de 17,81%. Já
na mistura E100, composta por 100% de etanol, o veículo ensaiado percorreu uma distância
de 32,50 km, havendo uma diminuição de 25,80% da autonomia, frente ao uso da gasolina
comum.
Dessa maneira, fica, mais uma vez, evidenciado que mesmo com o aumento da
proporção de etanol na mistura, a autonomia não diminui na proporção. Dessa forma, para
uma melhor interpretação da tabela 5.4, foi montado o gráfico 5.2, o qual representa as
distâncias percorridas para os diferentes tipos de misturas analisadas. Nele é observado que o
decrescimento da reta representa a diminuição da autonomia, justificada pelo baixo poder
calorífico do etanol frente ao da gasolina comum, cerca de 30% menor frente a gasolina
comum.
MISTURA
DISTÂNCIA
(km)
DIMINUIÇÃO
DISTÂNCIAS
(%)
E25 43,80 0
E50 39,40 10,01
E75 36,00 17,81
E100 32,50 25,80
31
Figura 5.2: Gráfico das distâncias percorridas em função das misturas de combustíveis
DISTÂNCIA PERCORRIDA
0
10
20
30
40
50
E25 E50 E75 E100
Misturas
Dis
tân
cia
s (
Km
)
A partir das informações descritas na tabela 5.2, é possível encontrar o custo médio por
quilômetro rodado, aplicando a equação 4.3. Com estes resultados, ficam mais evidentes quais
das misturas possuem os menores custos, como mostrado na tabela 5.5.
TABELA 5.5: Custo médio de combustível por quilômetro rodado
MISTURA VALOR
(R$)
DISTÂNCIA
(km)
CUSTO MÉDIO POR KM
(R$/km)
E25 9,924 43,80 0,226
E50 9,255 39,40 0,234
E75 8,594 36,00 0,238
E100 7,929 32,50 0,243
A mistura que apresentou o menor custo médio por quilômetro percorrido foi a E25,
cerca de R$ 0,226/km. Entretanto, as misturas E50 e E75, apresentaram, respectivamente, os
custos de R$ 0,234/km e R$ 0,238/km, teoricamente empatadas uma vez que a diferença de
valor é constatada apenas na 3ª casa decimal, sendo de R$ 0,004/km. Vale salientar que os
valores dos custos estão diretamente relacionados com os valores de combustíveis praticados
no mercado, conforme a tabela 5.1, no qual, o valor do litro do etanol era de R$ 2,643 e o da
gasolina comum de R$ 3,308. Na relação dos custos das misturas, obtidos na tabela 5.4, com
o valor do etanol contido nas mesmas, pode-se ter uma noção de proporção do valor do etanol
na gasolina, conforme a tabela 5.6:
32
TABELA 5.6: Porcentagem do custo do etanol nas misturas com gasolina
MISTURA
CUSTO
ETANOL
(R$)
CUSTO
GASOLINA
(R$)
CUSTO
MISTURA
(R$)
C. ETANOL /
C. MISTURA
(%)
E25 0 9,924 9,924 0
E50 2,643 6,612 9,255 79,89
E75 5,286 3,308 8,594 61,51
E100 7,929 0 7,929 100
Partindo dos resultados das medições obtidas no ensaio, é possível simular infinitos
cenários baseados nos mais variados valores de combustíveis comercializados no mercado.
A tabela 5.7 retrata um valor fixo de Etanol, adotado com o valor de R$ 2,540 e na
horizontal, diversos valores do litro da gasolina comum, partindo de R$ 3,10 até R$ 3,80,
variando numa taxa de R$ 0,10. Os valores pertencentes ao corpo da tabela correspondem ao
custo R$/km rodado. É observado que na sua parte inferior, dispõe da razão entre os custos da
gasolina/etanol, para uma melhor interpretação.
TABELA 5.7 – Razão do preço da gasolina x custo por quilômetro rodado
VALOR G* R$ 3,10 R$ 3,20 R$ 3,30 R$ 3,40 R$ 3,50 R$ 3,60 R$ 3,70 R$ 3,80
MISTURA CUSTO REAL / KM RODADO
E25 0,212 0,219 0,226 0,233 0,240 0,247 0,253 0,260
E50 0,222 0,227 0,232 0,237 0,242 0,247 0,252 0,257
E75 0,227 0,230 0,233 0,236 0,238 0,241 0,244 0,247
E100 0,234 0,234 0,234 0,234 0,234 0,234 0,234 0,234
Razão E/G* 0,82 0,79 0,77 0,75 0,73 0,71 0,69 0,67 (*) Valor da gasolina, expresso em reais.
(**) A razão E/G é baseada no custo do litro do etanol em relação a gasolina.
Diante dos valores coletados da tabela 5.7 pode-se exibir, mais claramente, as
informações no gráfico 5.3. Dessa forma é evidenciado que no eixo horizontal dispomos dos
diferentes valores do litro da gasolina e no eixo vertical o custo por quilômetro rodado,
ambos expressos em Reais. As retas coloridas representam as misturas, em azul, mistura
E25, em vermelho, mistura E50 e, em verde, a mistura E75.
No gráfico é fácil de ser observado, por exemplo, que a mistura E75 (representada
pela reta na cor verde) possui o menor custo por quilômetro rodado, aproximadamente de R$
0,24/km, quando o valor do litro da gasolina é de R$ 3,70, enquanto que para o mesmo valor
do litro da gasolina, a mistura E25 (representada pela reta na cor azul) o custo por quilômetro
33
rodado é de, aproximadamente, R$ 0,25/km. Vale salientar que o valor do litro do etanol,
tomado como referência na construção do gráfico, foi de R$ 2,54.
Figura 5.3: Gráfico do custo das misturas por km rodado.
CUSTO POR KM DAS MISTURAS
R$ 0,21
R$ 0,22
R$ 0,23
R$ 0,24
R$ 0,25
R$ 0,26
3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8Preço da Gasolina (R$)
Cu
sto
po
r K
m
E25
E50
E75
Baseado na análise de gases, coletados diretamente da saída do escapamento do
veículo tomado como referência para o ensaio, e processados pelo analisador de gases SUN,
modelo PGA-500 foi criada a tabela 5.8.
TABELA 5.8: Porcentagens de dióxido de carbono emitido pelo veículo
A tabela 5.8 mostra as porcentagens do gás dióxido de carbono emitido pelo veículo
ensaiado em regime de marcha lenta e de média rotação, ou seja, 2500 rpm. Diante dos
valores explicitados, foi observado que a mistura E50 apresentou o melhor resultado em
relação à emissão do dióxido de carbono, frente às demais misturas, sendo 13,00% de CO2 em
marcha lenta e 12,60% de CO2 em regime de média rotação. Enquanto isso, a mistura que
apresentou os maiores índices foi a E25, sendo de 15,14 % de CO2 em regime de marcha lenta
MISTURA % CO2
900 rpm 2500 rpm
E25 15,14 15,13
E50 13,00 12,60
E75 13,62 13,50
E100 13,39 13,30
34
e de 15,13% de CO2 em média rotação. O fato das misturas com maiores concentrações de
etanol apresentarem uma tendência na redução na emissão de CO2 é justificado pelo fato que
devido a adição de etanol na mistura, em função da presença de oxigênio em sua molécula, a
combustão do CO em CO2 é favorecida.
Em relação aos índices de emissões referentes ao monóxido de carbono, foi criada a
tabela 5.9. Nesta tabela é observada uma tendência na redução de emissão de CO com o
aumento da concentração de etanol na mistura, tanto no regime de média rotação quanto em
regime de marcha lenta. Foi constatado que a mistura E75 alcançou os melhores índices, para
o veiculo analisado, sendo de 0,04% de CO tanto em regime de marcha lenta quanto em
média rotação, ou seja, cerca de 2500 rpm. Enquanto que a mistura que apresentou o maior
percentual de emissão foi a E25, sendo de 0,09% de CO em regime de marcha lenta e de
0,10% de CO em média rotação, conforme evidenciado na tabela 5.9:
TABELA 5.9: Porcentagens de monóxido de carbono emitido pelo veículo.
A tabela 5.10 retrata as porcentagens do gás monóxido de carbono, corrigidos por
unidade de volume, nela, mais uma vez a mistura E75 apresenta o menor percentual de CO
corrigido, sendo de 0,04%, tanto em regime de marcha lenta como também em média rotação.
Enquanto que a mistura E25 apresentou um dos piores percentuais, cerca de 0,09% em regime
de marcha lenta e de 0,10 em média rotação, ou seja, 2500 rpm.
TABELA 5.10: Porcentagem de monóxido de carbono corrigido por unidade volume.
MISTURA % CO
900 rpm 2500 rpm
E25 0,09 0,10
E50 0,06 0,09
E75 0,04 0,04
E100 0,09 0,05
MISTURA CO corr.%vol
900 rpm 2500 rpm
E25 0,09 0,10
E50 0,07 0,11
E75 0,04 0,04
E100 0,10 0,06
35
CAPÍTULO 06
CONCLUSÕES E SUGESTÕES
Tomando com referência os resultados obtidos na tabela 5.4, pode se observar que a
mistura E100 apresenta a maior redução da autonomia das misturas analisadas, cerca de
25,80%, quando comparada com a autonomia ao utilizar a mistura E25, enquanto que a
mistura E50 alcançou a melhor das autonomia das misturas, com uma diminuição de apenas
10,01%, frente ao uso da gasolina comum (Mistura E25).
Ao fazer uma relação entre poder calorífico do combustível e autonomia, a mistura
E50 se sobressai das demais, tornando-se a mais viável. Porém não se pode levar em
consideração apenas a autonomia, e sim, também o custo por quilômetro rodado, pelo qual
essa mistura irá variar em função dos preços dos combustíveis praticados no mercado.
A partir da análise dos resultados obtidos na tabela 5.5, foi observado que os custos
por quilômetro rodado das misturas E75 e E100 se tornam inferiores as demais, quando o
valor do litro do etanol corresponde a 75% ou mais do valor do litro da gasolina para o
veículo ensaiado.
Diante disso, o mito popular em optar para o uso do etanol, caso esse corresponda a
70% do valor da gasolina comum, pode ser questionado, frente aos resultados obtidos com o
veiculo tomado como referência dessa dissertação.
Levando em consideração a emissão de gases nocivos ao meio ambiente, foi
observado que a adição do etanol provocou um aumento nas emissões de CO2 a partir da
mistura E50. Esse fato ocorre em função do aumento de consumo de combustível e vazão
mássica de carbono. A redução de CO2 com adição de etanol ocorre apenas na mistura E50,
conforme detalhado na tabela 5.8. As emissões do monóxido de carbono apresentaram uma
tendência de redução com a adição de etanol, devido à presença de oxigênio em sua molécula
que favorece a oxidação do CO em CO2, ficando evidenciado a partir da mistura E25,
conforme exibido na tabela 5.9.
A partir dos resultados apresentados neste presente estudo, pode ser concluido que a
mistura da gasolina comum com o etanol pode diminuir, consideravelmente, os índices de
emissões de poluentes provenientes da combustão do combustível fóssil.
Em função disso, segundo o protocolo de Kyoto, é possível até gerar créditos de
carbono. Uma vez que o etanol é obtido do plantio da cana de açúcar e como todo o vegetal,
para seu desenvolvimento, é necessário capturar CO2 da atmosfera para que haja a
36
fotossíntese, tornando o etanol uma fonte de energia limpa, pois o dióxido de carbono gerado
pela queima do combustível é completamente absorvido pela plantação da cana de açúcar.
Vale salientar que os valores são baseados nos resultados, levando em consideração as
condições em que os ensaios foram realizados, com isso essa dissertação de mestrado se
destaca pelas seguintes contribuições:
Análise, em caráter experimental, do consumo de combustível de um veiculo
Flex, operando com diferentes misturas de gasolina e etanol em tráfego urbano,
disponibilizando dados referentes ao consumo de combustível dessas misturas. Esses
resultados podem contribuir para a escolha da mistura com o menor custo por quilômetro
rodado, acarretando na diminuição de custos com combustível;
Resultados experimentais da emissão de gases poluentes, em diferentes
regimes de rotações e de misturas de gasolina e etanol, possibilitando uma diminuição dos
gases nocivos ao meio ambiente nos grandes centros urbanos, contribuindo para redução do
efeito estufa.
Após a conclusão da análise experimental e dos resultados obtidos na análise de
emissões de poluentes, foi possível se visualizar propostas de trabalhos futuros que podem
contribuir para a continuidade das pesquisas realizadas com diferentes misturas de gasolina e
etanol em motores Flex, como a seguir:
Realização de ensaios experimentais adicionais com diferentes percentuais de
mistura de etanol na gasolina comum que não foram contemplados nessa dissertação;
Realização de análise do consumo de combustível em regime de tráfego
rodoviário;
Realização de ensaios experimentais com veículos de diferentes características.
37
CAPÍTULO 07
REFERÊNCIAS
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42
CAPÍTULO 08
APÊNDICES
8.1. Tabelas
Tabela 8.1.1. Leitura do computador de bordo para mistura E25
DESCRIÇÃO VALOR
TEMPO 60 min
DISTÂNCIA 43,8 km
VELOCIDADE MÉDIA 46 km/h
CONSUMO MÉDIO 15,1 km/l
Tabela 8.1.2. Leitura do computador de bordo para mistura E50
DESCRIÇÃO VALOR
TEMPO 52 min
DISTÂNCIA 39,4 km
VELOCIDADE MÉDIA 46 km/h
CONSUMO MÉDIO 13,6 km/l
Tabela 8.1.3. Leitura do computador de bordo para mistura E75
DESCRIÇÃO VALOR
TEMPO 42 min
DISTÂNCIA 36,0 km
VELOCIDADE MÉDIA 46 km/h
CONSUMO MÉDIO 12,4 km/l
Tabela 8.1.4. Leitura do computador de bordo para mistura E100
DESCRIÇÃO VALOR
TEMPO 42 min
DISTÂNCIA 32,5 km
VELOCIDADE MÉDIA 46 km/h
CONSUMO MÉDIO 11,6 km/l
43
Tabela 8.1.5. Velocidade média real
MISTURA DISTÂNCIA
(km)
TEMPO
(min)
VELOCIDADE
(km/h)
E25 43,8 60 43,8
E50 39,4 51 46,35
E75 36 46 46,95
E100 32,5 42 46,42
Tabela 8.1.6. Consumo médio real
MISTURA DISTÂNCIA
(km)
VOLUME
(l)
CONSUMO
(km/l)
E25 43,80 3,00 14,60
E50 39,40 3,00 13,13
E75 36,00 3,00 12,00
E100 32,50 3,00 10,83
Tabela 8.1.7. Custo por quilômetro rodado
MISTURA VALOR
(R$)
DISTÂNCIA
(km)
CUSTO MÉDIO POR
KM (R$/km)
E25 9,327 43,80 0,2129
E50 8,917 39,40 0,2263
E75 8,507 36,00 0,2363
E100 8,097 32,50 0,2491
Tabela 8.1.8. Custo médio de combustível por quilômetro rodado no RN
MISTURA VALOR
(R$)
DISTÂNCIA
(km)
CUSTO MÉDIO POR KM
(R$/km)
E25 9,924 43,80 0,226
E50 9,255 39,40 0,234
E75 8,594 36,00 0,238
E100 7,929 32,50 0,243
Tabela 8.1.9. Porcentagem do custo do etanol nas misturas com gasolina
MISTURA
CUSTO
ETANOL
(R$)
CUSTO
GASOLINA
(R$)
CUSTO
MISTURA
(R$)
% R$ ETANOL
/ R$MISTURA
E25 0 9,924 9,924 0
E50 2,643 6,612 9,255 79,89
E75 5,286 3,308 8,594 61,51
E100 7,929 0 7,929 100
44
Tabela 8.1.10. Razão do preço da gasolina x custo por quilômetro rodado
VALOR G R$3,10 R$3,20 R$3,30 R$3,40 R$3,50 R$3,60 R$3,70 R$3,80
MISTURA CUSTO REAL / KM RODADO
E25 0,212 0,219 0,226 0,233 0,240 0,247 0,253 0,260
E50 0,222 0,227 0,232 0,237 0,242 0,247 0,252 0,257
E75 0,227 0,230 0,233 0,236 0,238 0,241 0,244 0,247
E100 0,234 0,234 0,234 0,234 0,234 0,234 0,234 0,234
Razão E/G* 0,82 0,79 0,77 0,75 0,73 0,71 0,69 0,67 (*) A razão E/G é baseada no custo do litro do etanol em relação a gasolina
Tabela 8.1.11. Porcentagens de dióxido de carbono emitido pelo veículo
Tabela 8.1.12. Planilha das porcentagens de monóxido de carbono emitido pelo veículo
Tabela 8.1.13: Porcentagem de monóxido de carbono corrigido emitido pelo veículo
MISTURA % CO2
900 rpm 2500 rpm
E25 15,14 15,13
E50 13,00 12,60
E75 13,62 13,50
E100 13,39 13,30
MISTURA % CO
900 rpm 2500 rpm
E25 0,09 0,10
E50 0,06 0,09
E75 0,04 0,04
E100 0,09 0,05
MISTURA %CO cor
900 rpm 2500 rpm
E25 0,09 0,10
E50 0,07 0,11
E75 0,04 0,04
E100 0,10 0,06
45
8.2. Registros fotográficos
Figura 8.2.1. Fotografia do volume de gasolina para mistura E25
Figura 8.2.2. Fotografia volume de gasolina para mistura E50
Figura 8.2.3. Fotografia do volume de gasolina para mistura E75
46
Figura 8.2.4. Fotografia do volume de etanol para mistura E50
Figura 8.2.5. Fotografia do volume de etanol para mistura E75
Figura 8.2.6. Fotografia do selo do INMETRO da bomba de etanol
47
Figura 8.2.7. Fotografia do selo do INMETRO da bomba de gasolina
Figura 8.2.8. Fotografia do computador de bordo mostrando o consumo médio de
combustível para a mistura E25
Figura 8.2.9. Fotografia do computador de bordo mostrando a velocidade média do percurso
com a mistura E25
48
Figura 8.2.10. Fotografia do computador de bordo mostrando o tempo e a distância
percorrida com a mistura E25
Figura 8.2.11. Fotografia do computador de bordo mostrando o consumo médio de
combustível para a mistura E50
49
Figura 8.2.12. Fotografia do computador de bordo mostrando a velocidade média do percurso
com a mistura E50
Figura 8.2.13. Fotografia do computador de bordo mostrando o tempo e a distância
percorrida com a mistura E50
50
Figura 8.2.14. Fotografia do computador de bordo mostrando o consumo médio de
combustível para a mistura E75
Figura 8.2.15. Fotografia do computador de bordo mostrando a velocidade média do percurso
com a mistura E75
51
Figura 8.2.16. Fotografia do computador de bordo mostrando o tempo e a distância percorrida
com a mistura E75
Figura 8.2.17. Fotografia do computador de bordo mostrando o consumo médio de
combustível para a mistura E100
52
Figura 8.2.18. Fotografia do computador de bordo mostrando a velocidade média do percurso
com a mistura E100
Figura 8.2.19. Fotografia do computador de bordo mostrando o tempo e a distância
percorrida com a mistura E100
53
Figura 8.2.20. Fotografia do volume de gasolina para mistura E25 utilizado no ensaio de
emissões de gases
Figura 8.2.21. Fotografia do volume de gasolina para mistura E50 utilizado no ensaio de
emissões de gases
Figura 8.2.22. Fotografia do volume de gasolina para mistura E75 utilizado no ensaio de
emissões de gases
54
Figura 8.2.23. Fotografia do volume de etanol para mistura E50 utilizado no ensaio de
emissões de gases
Figura 8.2.24. Fotografia do volume de etanol para mistura E75 utilizado no ensaio de
emissões de gases
Figura 8.2.25. Fotografia do volume de etanol para mistura E100 utilizado no ensaio de
emissões de gases
55
8.3. Resultados das análises de emissões de gases
8.3.1. Resultado da análise de emissões de gases da mistura E25
56
8.3.2. Resultado da análise de emissões de gases da mistura E50
57
8.3.3. Resultado da análise de emissões de gases da mistura E75
58
8.3.4. Resultado da análise de emissões de gases da mistura E100