emissões e performance de um veículo operando com misturas de ...

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
EMISSÕES E PERFORMANCE DE UM VEÍCULO
OPERANDO COM MISTURAS DE ÓLEO DIESEL,
BIODIESEL E ETANOL
Belo Horizonte
2009
Mário Luciano Randazzo

Mário Luciano Randazzo
EMISSÕES E PERFORMANCE DE UM VEÍCULO
OPERANDO COM MISTURAS DE ÓLEO DIESEL,
BIODIESEL E ETANOL
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Mecânica da
Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
como requisito parcial para obtenção do título de
Mestre em Engenharia Mecânica.
Orientador: José Ricardo Sodré, Ph.D.
Belo Horizonte
2009

FICHA CATALOGRÁFICA
Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Randazzo, Mário Luciano
R189e Emissões e performance de um veículo operando com misturas de biodiesel e
etanol / Mário Luciano Randazzo. Belo Horizonte, 2009.
175f. : il.
Orientador: José Ricardo Sodré
Dissertação (Mestrado) – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais,
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
1. Biodiesel. 2. Etanol. 3. Motor diesel. 4. Óleo de soja. 5. Emissões de
veículos. 6. I. Sodré, José Ricardo. II. Pontifícia Universidade Católica de Minas
Gerais. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. III. Título.
CDU: 662.6

Mário Luciano Randazzo
EMISSÕES E PERFORMANCE DE UM VEÍCULO
OPERANDO COM MISTURAS DE ÓLEO DIESEL,
BIODIESEL E ETANOL
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
da Pontifícia Universidade Católica de
Minas Gerais como requisito parcial para
obtenção do título de Mestre em
Engenharia Mecânica.
José Ricardo Sodré (Orientador) – PUC Minas
Carlos Rodrigues Pereira Belchior – UFRJ
Ramón Molina Valle – UFMG
Sérgio de Morais Hanriot – PUC Minas
Belo Horizonte, 17 de dezembro de 2009

A minha esposa Tatiana e ao meu flho Lucas

AGRADECIMENTOS
À Fiat Automóveis pela oportunidade de desenvolvimento, superação de
desafios e bolsa de estudos concedida. Em especial aos engenheiros José
Guilherme, Gilmar Lagnier, Silvio Piancastelli e Sandro Soares.
À Dra. Silvana Rizzioli, pelo seu empenho no intercâmbio entre a Indústria e a
Universidade.
Ao orientador, Prof. José Ricardo Sodré, Ph.D., por acreditar em meu
potencial, pelo incentivo e orientação.
À Fiat Powetrain Technologies, pelo interesse nesse trabalho e pelos recursos
disponibilizados, em especial, ao diretor de Engenharia do Produto Eng. João Irineu
Medeiros, pelo fundamental apoio nesta pesquisa. Agradeço também aos colegas
do Laboratório de Emissões, Eng. Júlio César Duarte e dos Químicos Luiz Akira,
Oswaldo Bonfim e José Roberto, pela colaboração na pesquisa. Agradecimentos
são também devidos ao Eng. Flávio Flisch, pela disponibilização dos recursos de
calibração do motor.
À PUC Minas por mais essa oportunidade de aprender e conviver nesta
renomada universidade. Aos professores e funcionários do Departamento de
Engenharia Mecânica da PUC Minas, que contribuíram para minha formação. Em
especial à secretária Valéria Gomes e aos Professores Sérgio Hanriot e Lúben
Gómez. Agradeço aos funcionários da Biblioteca que gentilmente colaboraram no
transcorrer da elaboração desta dissertação.
Aos colegas do Laboratório Químico da Engenharia de Materiais da Fiat
Automóveis, em especial ao Ronaldo Ávila e Daniel Rezende, pelas diversas
contribuições nesta pesquisa.
A todos profissionais, familiares e amigos que, de alguma forma, colaboraram
espontaneamente neste trabalho, meus sinceros agradecimentos.

"Um objetivo nada mais é do
que um sonho com limite de tempo"
Joe L. Griffit

RESUMO
Os efeitos da utilização de misturas de óleo diesel e biocombustíveis em um
veículo equipado com um motor diesel com gerenciamento eletrônico sobre a partida
a frio, consumo de combustível e emissão de poluentes na exaustão foram
investigados. Misturas de óleo diesel metropolitano S500 (500 ppm de enxofre) com
biodiesel de óleo de soja (B100) nas concentrações de 3% (B3), 5% (B5), 10% (B10)
e 20% (B20) foram utilizadas como combustíveis, tendo como referência o óleo
diesel mineral padrão europeu S10, com 10ppm de enxofre. Também foi estudado o
efeito da adição do etanol anidro no combustível B20 nas concentrações de 2%
(B20E2) e 5% (B20E5). O sistema de controle do motor foi mantido conforme a
calibração original para o óleo diesel, evitando-se a auto-adaptação do sistema para
as diferentes misturas a fim de evidenciar os reais efeitos das características dos
combustíveis sobre os parâmetros de desempenho e emissões. Os testes de
consumo de combustível foram realizados seguindo o ciclo padrão americano FTP-
75, descrito na norma brasileira NBR 6601, enquanto os testes de emissões
transcorreram seguindo a norma européia Euro III. A análise físico-química dos
combustíveis revelou que todas as misturas de biodiesel atendem às especificações
para aplicação a motores diesel. Os resultados mostraram que todas as amostras
testadas proporcionaram partida do motor a -5°C satisfatoriamente, não tendo sido
observadas variações significativas no consumo específico de combustível em
relação ao óleo diesel. O aumento da concentração de biodiesel na mistura
aumentou as emissões de dióxido de carbono (CO2) e óxidos de nitrogênio (NOX),
enquanto as emissões de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e
material particulado foram reduzidas. A adição de etanol na mistura B20
proporcionou redução de CO2 e NOX , enquanto as emissões de HC, CO e material
particulado foram aumentadas.
Palavras-chave: Biodiesel; Etanol; Consumo de Combustível; Emissões; Partida a
Frio.

ABSTRACT
The effects of the use of blends of diesel oil and biofuels in a vehicle equipped
with a modern diesel engine on cold start, fuel consumption and exhaust pollutant
emissions were investigated. Blends of metropolitan S500 diesel oil (500 ppm sulfur
content) with soybean biodiesel (B100) at concentrations of 3% (B3), 5% (B5), 10%
(B10) and 20% (B20) were used as fuels, having as a reference standard European
S10 diesel oil (10 ppm sulfur content). Also, the effect of addition of anhydrous
ethanol to B20 fuel blend at the concentrations of 2% (B20E2) and 5% (B20E5) were
studied. The engine control system was kept with the original calibration for diesel oil,
avoiding the system self-adjustment to the different fuels to stress the real effects of
the fuel blends characteristics on the performance and emissions parameters. Fuel
consumption tests were performed following the American standard cycle FTP-75,
described by the Brazilian standard NBR 6601, while the emissions tests were
carried out following the European standard Euro III. The physical-chemical analysis
of the fuels revealed that all biodiesel blends attend the specifications for diesel
engine application. The project aims to generate information that contributes to
changes in the specification of biodiesel and provide data for future development of
internal combustion engines with compression ignition fed increasing levels of
biofuels. The results showed that all fuel samples allowed for satisfactory engine cold
start at -5°C, with no significant variation on fuel consumption being observed with
relation to diesel oil. Increasing biodiesel concentration in the blend increased carbon
dioxide (CO2) and oxides of nitrogen (NOX) emissions, while carbon monoxide (CO),
hydrocarbons (HC) and particulate matter emissions were reduced. The addition of
anhydrous ethanol to B20 fuel blend resulted in reduction of CO2 and NOX emissions,
while HC, CO and particulate matter emissions were increased.
Key-words: Biodiesel; Ethanol; Fuel Consumption; Emissions; Cold Start.

LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 Processo de Transesterificação..............................................................29
FIGURA 2 Evolução das matérias-primas utilizadas para a produção do Biodiesel 32
FIGURA 3 Matérias-primas utilizadas nas regiões do Brasil....................................33
FIGURA 4 Localização geográfica das unidades produtoras de Biodiesel. .............36
FIGURA 5 Evolução da capacidade de produção de biodiesel (B100) e da
capacidade nominal autorizada pela ANP...............................................37
FIGURA 6 Capacidade de produção de biodiesel na Alemanha...............................40
FIGURA 7 Estados dos EUA com iniciativas relacionadas ao biodiesel. ..................46
FIGURA 8 Produção de biodiesel nos EUA. .............................................................47
FIGURA 9 Variação das concentrações de NO e CO na exaustão de um motor
convencional do ciclo Otto com a razão de equivalência da mistura
combustível/ar .........................................................................................86
FIGURA 10 Motor FIAT 1.3 Small Diesel Multijet – vista posterior...........................91
FIGURA 11 Motor FIAT 1.3 Small Diesel Multijet – vista frontal...............................91
FIGURA 12 Termopar localizado no coletor de exaustão ........................................93
FIGURA 13 Termopares localizados no conversor catalítico dos gases de exaustão.
...............................................................................................................93
FIGURA 14 Conversor catalítico dos gases de exaustão instalado no motor do
veículo ..................................................................................................94
FIGURA 15 Câmara Climática com rolo dinamométrico. .........................................95
FIGURA 16 Analisador de opacidade ......................................................................97
FIGURA 17 Laboratório para ensaios de emissões de poluentes............................98
FIGURA 18 Esquema do dinamômetro de chassi, sistema de amostragem e
analisadores de gases..........................................................................99
FIGURA 19 Ciclo FTP-75.......................................................................................103
FIGURA 20 Veículo e equipamentos para medição do consumo de combustível. 103
FIGURA 21 Display do “AVL-Drive Aid” (Unidade auxiliar do motorista)................105
FIGURA 22 Ciclo de marcha completo (NEDC). ....................................................107
FIGURA 23 Viscosidade Cinemática para as diferentes misturas de biodiesel......113
FIGURA 24 Viscosidade Dinâmica para as diferentes misturas de biodiesel.........113
FIGURA 25 Massa específica para as diferentes misturas de biodiesel. ...............114

FIGURA 26 Teor de Enxofre para as diferentes misturas de biodiesel. .................116
FIGURA 27 Curva de destilação para as diferentes misturas de biodiesel. ...........117
FIGURA 28 Índice de cetano para as misturas de biodiesel. .................................118
FIGURA 29 CFPP para as diferentes misturas de biodiesel. .................................119
FIGURA 30 Consumo de combustível para as diferentes misturas de biodiesel. ..121
FIGURA 31 Tempos de partida a frio para as diferentes misturas de biodiesel. ....122
FIGURA 32 Emissões de CO2 na exaustão para as diferentes misturas de biodiesel.
.............................................................................................................123
FIGURA 33 Emissões de CO para as diferentes misturas de biodiesel.................124
FIGURA 34 Emissões de HC para as diferentes misturas de biodiesel. ................125
FIGURA 35 Emissões de NOX para as diferentes misturas de biodiesel. ..............126
FIGURA 36 Emissões de MP para as diferentes misturas de biodiesel.................127
FIGURA 37 Temperaturas no centro do catalisador para as diferentes misturas de
biodiesel .............................................................................................128

LISTA DE TABELAS
TABELA 1 Características do uso do biodiesel em países da Europa. ...................43
TABELA 2 Variação do número de cetano com a concentração de etanol na mistura
com o óleo diesel...................................................................................68
TABELA 3 Viscosidade cinemática e massa específica do etanol, óleo diesel e
biodiesel. ...............................................................................................72
TABELA 4 Características da câmara climática ......................................................95
TABELA 5 Especificações do analisador Horiba modelo FIA-720 THC
(método FID). ......................................................................................100
TABELA 6 Especificações do analisador Horiba modelo CLA-750A NO/NOX
(método CLD).......................................................................................100
TABELA 7 Especificações analisador Horiba mdelo AIA-721 CO (método NDIR).
................................................................................................................................101
TABELA 8 Especificações do analisador Horiba modelo AIA-722 CO/CO2
(método NDIR) ....................................................................................101
TABELA 9 Misturas de óleo diesel, biodiesel e etanol utilizadas nos testes. ........102
TABELA 10 Propriedades ensaiadas e respectivos métodos. ..............................110
TABELA 11 Poder calorífico inferior de diversos combustíveis.............................120
TABELA 12 Incerteza de leitura das emissões de CO2.........................................144
TABELA 13 Incerteza de leitura das emissões de CO. .........................................144
TABELA 14 Incerteza de leitura das emissões de HC. .........................................145
TABELA 15 Incerteza de leitura das emissões de NOx.........................................145
TABELA 16 Incerteza de leitura das emissões de MP. .........................................146
TABELA 17 Incerteza Máxima das emissões de CO2...........................................148
TABELA 18 Incerteza Máxima das emissões de CO. ...........................................149
TABELA 19 Incerteza Máxima das emissões de HC. ...........................................151
TABELA 20 Incerteza Máxima das emissões de NOX...........................................152
TABELA 21 Incerteza Máxima das emissões de MP. ...........................................154
TABELA 22 Massa de combustível consumida para as misturas testadas...........155
TABELA 23 Incerteza da Massa de combustível consumida do teste de consumo
com óleo diesel S10. .........................................................................157
TABELA 24 Incerteza do teste de partida a frio. ...................................................158

TABELA 25 Análise de CO2 no gás de exaustão. ................................................159
TABELA 26 Análise de CO no gás de exaustão...................................................159
TABELA 27 Análise de HC no gás de exaustão....................................................160
TABELA 28 Análise de NOX no gás de exaustão..................................................160
TABELA 29 Análise de material particulado no gás de exaustão..........................161
TABELA 30 Viscosidade dinâmica, viscosidade cinemática e massa específica das
misturas B3, B10 e B20 (óleo diesel S500 com biodiesel de soja)....163
TABELA 31 Viscosidade dinâmica, viscosidade cinemática e massa específica das
misturas B20E2, B20E5 e B100 (óleo diesel S500 com biodiesel de
soja e etanol) e do óleo diesel S10....................................................164
TABELA 32 Temperaturas de destilação dos combustíveis..................................165
TABELA 33 Ponto de entupimento de filtro a frio dos combustíveis. ....................166

LISTA DE SÍMBOLOS
% v/v Partes por cento em volume
A / F
Relação ar/combustível (adimensional)
A / F
Relação ar/combustível estequiométrica (adimensional)
S
D Distância (m)
hc
m Massa (kg)
Entalpia de combustível (kJ/kg)
mf Taxa de escoamento de massa (kg/h)
P Potência do motor (kW)
Q Calor (kJ)
∆ χ
Fração de combustível queimado (adimensional)
φ Razão de equivalência da mistura ar/combustível (adimensional)
η f Eficiência de conversão de combustível (adimensional)
λ Fator Lambda (adimensional)
µ Viscosidade dinâmica (kg/m.s)
ν Viscosidade cinemática (mm 2 /s)
ρ Massa específica (kg/m 3 )

LISTA DE ABREVIATURAS
ACD Acquisition and Communication Device (Dispositivo de Registro de
Dados e Comunicação)
AEAC Álcool Etanol Anidro Combustível
AGQM ArbeitsGemeinschaft Qualitats Management Biodiesel (Associação
para a Gestão da Qualidade do Biodiesel)
ANP Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
ANR Analyzer Rack (Rack para Analisadores de Gás)
API American Petroleum Institute (Instituto Americano do Petróleo)
ATDC After Top Dead Cylinder (Após Ponto Morto Superior)
AVC Amostragem de Volume Constante
B3 Óleo diesel mineral tipo metropolitano com 3% de biodiesel
B5 Óleo diesel mineral tipo metropolitano com 5% de biodiesel
B10 Óleo diesel mineral tipo metropolitano com 10% de biodiesel
B20 Óleo diesel mineral tipo metropolitano com 20% de biodiesel
B20E2 Óleo diesel mineral tipo metropolitano com 20% de biodiesel e 3% de
etanol anidro
B20E5 Óleo diesel mineral tipo metropolitano com 20% de biodiesel e 5% de
etanol anidro
B100 Biodiesel de óleo de soja
CAN Controler Area Network (Rede de Controle de Área)
CE Comunidade Européia
CEN Comité Européen de Normalisation (Comitê Europeu para
Normalização)
CEN European Committee for Standardization (Comitê Europeu para
Normalização)
CENPES Centro de Pesquisas da Petrobrás
CETEC-MG Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais
CETESB Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental
CFD Computacional Fluid Design (Mecânica dos Fluidos Computacional)
CFPP Ponto de Entupimento de Filtro a Frio

CFR Cooperative Fuel Research Committee (Comitê da Cooperativa para
Pesquisas de Combustível)
CLD Chemiluminescent Detector (Detector de Quimiluminescência)
CO Monóxido de Carbono
CO2
Dióxido de Carbono
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
CRF Centro Ricerche Fiat (Centro de Pesquisas Fiat)
CVS Constant Volume Sampler (Amostrador de Volume Constante)
DPF Diesel Particulate Filter (Filtro de Particulado Diesel)
E-Diesel Ethanol-Diesel Blend (Mistura Etanol-Diesel)
EU União Européia
ECU Engine Control Unit (Unidade de Controle do Motor)
EDC Eletronic Diesel Control (Controle Eletrônico Diesel)
EOBD European On-Board Diagnosis (Sistema de Diagnose de Bordo
Europeu)
EPA Enviromental Protection Agency (Agência de Proteção Ambiental)
EUA Estados Unidos da América
FAME Fatty Acid Methyl Ester (Éster Metílico de Ácidos Graxos)
FID Flame Ionization Detector (Detector por Ionização de Chama)
FOS Fração Orgânica Solúvel
FPT Fiat Powertrain Technologies
FTP Federal Test Procedure (Procedimento federal de ensaio dos Estados
Unidos da América)
HC Hidrocarboneto
IC Índice de Cetano
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
ISO International Organization for Standardization (Organização
Internacional para Normalização)
JTD Unijet Turbo Diesel
MEB Memory Emulation Board (Placa de Memória Expandida)
MIC Ministério da Indústria e Comércio
MP Material Particulado
NBB National Biodiesel Board (Conselho Nacional de Biodiesel – EUA)

NDIR Non-Dispersive Infrared Detector (Detector Infra-Vermelho Não
NOx
Dispersivo)
Óxido de Nitrogênio
OPEP Organização dos Países Exportadores de Petróleo
OVEG Programa Nacional de Óleos Vegetais
PAH Hidrocarbonetos Aromáticos Polinucleares
PCI Poder Calorífico Inferior
PCMCIA Personal Computer Memory Card International Association
(Associação Internacional de Cartões de Memória para
Computadores Pessoais)
PCS Poder Calorífico Superior
PNPB Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel
Proálcool Programa Nacional do Álcool
Proconve Programa Nacional de Controle de Poluição do Ar por veículos
Automotores
PROÓLEO Programa Nacional de Produção de Óleos Vegetais para Fins
Energéticos
S10 Óleo diesel mineral padrão EuroIV
SFC Specific Fuel Consumption (Consumo de Combustível Específico)
SOF Fração Orgânica Solúvel
Rpm Rotações por minuto
SAE Society of Automotive Engineering (Sociedade de Engenheiros
Automotivos)
SCR Selective Catalytic Reduction (Redução Seletiva Catalítica)
SHS Sample Handling System
SOC Start of Combustion (Início da Combustão)
STI Secretaria de Tecnologia Industrial
T10
T50
T85
Temperatura da curva de destilação correspondente à evaporação de
10% do volume de combustível (°C)
Temperatura da curva de destilação correspondente à evaporação de
50% do volume de combustível (°C)
Temperatura da curva de destilação correspondente à evaporação de
85% do volume de combustível (°C)

T90
Temperatura da curva de destilação correspondente à evaporação de
90% do volume de combustível (°C)
TDC Top Dead Center (Ponto Morto Superior)
THC Total Hydrocarbons (Hidrocarbonetos Totais)
UE União Européia
UNIFEI Universidade Federal de Itajubá
UFSCAR Universidade Federal de São Carlos
UNAERP Universidade de Ribeirão Preto
USA United States of America (Estados Unidos da América)
USDA Departamento de Agricultura dos Estados Unidos
VOC Compostos orgânicos volatéis

SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................21
1.1 Prólogo...............................................................................................................21
1.2 Objetivos e Metas...............................................................................................22
1.3 Justificativa.........................................................................................................22
1.4 Escopo da Dissertação.......................................................................................24
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.................................................................................26
2.1 Biodiesel.............................................................................................................26
2.2 Aplicações do Biodiesel......................................................................................30
2.3 O Biodiesel no Brasil ..........................................................................................31
2.4 O Biodiesel na Europa .......................................................................................38
2.5 O Biodiesel nos EUA..........................................................................................43
2.6 Utilização de Óleos Vegetais como Combustível ...............................................47
2.7 Efeitos do Uso do Biodiesel nas Emissões de Poluentes...................................48
2.8 Efeitos da Adição de Etanol ao Óleo Diesel.......................................................52
2.9 Estabilidade da Mistura Etanol-Óleo Diesel .......................................................56
2.10 Uso de Aditivos em Combustíveis para Motores Diesel...................................58
3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS................................................................................60
3.1 Características do biodiesel, óleo diesel e etanol................................................60
3.2 Propriedades físico-químicas dos combustíveis.................................................62
3.2.1 Aspecto ...........................................................................................................63
3.2.2 Cor...................................................................................................................64
3.2.3 Destilação........................................................................................................64
3.2.3.1 Temperatura da destilação T10 .....................................................................65
3.2.3.2 Temperatura da destilação T50 .....................................................................65
3.2.3.3 Temperatura da destilação T85 .....................................................................65
3.2.3.4 Temperatura da destilação T90 .....................................................................66
3.2.4 Teor de enxofre ...............................................................................................66

3.2.5 Massa Específica a 20ºC ................................................................................66
3.2.6 Número de cetano...........................................................................................67
3.2.7 Índice de cetano ...............................................................................................68
3.2.8 Corrosividade ao cobre ...................................................................................69
3.2.9 Resíduo de carbono Ramsbottom...................................................................69
3.2.10 Teor de água e sedimentos...........................................................................70
3.2.11 Teor de cinzas...............................................................................................70
3.2.12 Viscosidade a 40ºC .......................................................................................71
3.2.13 Ponto de entupimento de filtro a frio..............................................................72
3.2.14 Ponto de fulgor ..............................................................................................73
3.2.15 Ponto de névoa e ponto de fluidez ................................................................73
3.2.16 Lubricidade....................................................................................................74
3.2.17 Poder calorífico .............................................................................................74
3.3 Influência das propriedades do combustível na partida a frio.............................75
3.4 Consumo de combustível...................................................................................76
3.4.1 Duração da injeção..........................................................................................76
3.4.2 Pressão de injeção..........................................................................................77
3.4.3 Recirculação do gás de exaustão ...................................................................78
3.5 Combustão em motores diesel .........................................................................79
3.5.1 Equação de combustão em motores diesel.....................................................79
3.5.2 Razão de Equivalência da Mistura ...................................................................79
3.5.3 Equação de queima de Wiebe ........................................................................81
3.6 Formação e emissões de poluentes na exaustão de motores diesel .................83
3.6.1 Poluentes regulados........................................................................................83
3.6.2 Monóxido de carbono......................................................................................84
3.6.3 Hidrocarbonetos ..............................................................................................86
3.6.4 Óxidos de nitrogênio........................................................................................87
3.6.5 Material particulado .........................................................................................89
4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL ......................................................................90
4.1 Aparato experimental ..........................................................................................90
4.1.1 Motor de combustão interna e veículo utilizado ...............................................90
4.1.2 Sistema de aquisição de parâmetros de controle do motor..............................92
4.1.3 Sensores de temperatura.................................................................................92

4.1.4 Equipamentos para medição do consumo de combustível ..............................94
4.1.5 Sistema de controle do motor...........................................................................96
4.1.6 .Câmara climática para testes de partida a frio. ...............................................96
4.1.7 Analisador de opacidade..................................................................................96
4.1.8 Dinamômetro de chassi para reprodução do ciclo de emissões ......................97
4.1.9 Sistema de amostragem e análise de HC, CO, NOX e material particulado.....98
4.2 Procedimento experimental..............................................................................102
4.2.1 Preparação das misturas................................................................................102
4.2.2 Testes de consumo de combustível ..............................................................102
4.2.3 Partida a frio ...................................................................................................105
4.2.4 Análise de opacidade .....................................................................................105
4.2.5 Testes de emissões .......................................................................................106
4.2.5.1 Ciclo de emissões Euro III...........................................................................106
4.2.5.2 Ajuste do teste de emissões........................................................................107
4.2.5.3 Sistema de diluição da amostra ..................................................................108
4.2.5.4 Medição da emissão de material particulado ..............................................109
4.3 Caracterização das amostras de combustível...................................................109
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES.........................................................................111
5.1 Propriedades físico-químicas dos combustíveis................................................111
5.1.1 Viscosidade ....................................................................................................111
5.1.3 Teor de Enxofre..............................................................................................115
5.1.4 Temperatura de destilação.............................................................................116
5.1.5 Índice de cetano .............................................................................................118
5.1.6 Ponto de entupimento de filtro a frio – CFPP .................................................119
5.2 Consumo de combustível..................................................................................120
5.3 Tempo de partida a frio .....................................................................................121
5.4 Emissões na exaustão ......................................................................................122
5.4.1 Dióxido de carbono ........................................................................................122
5.4.2 Monóxido de carbono.....................................................................................123
5.4.3 Hidrocarbonetos .............................................................................................124
5.4.4 Óxidos de nitrogênio ......................................................................................125
5.4.5 Material particulado ........................................................................................126
5.5 Temperatura do catalisador...............................................................................127

6 CONCLUSÕES ....................................................................................................129
6.1 Propriedades físico-químicas dos combustíveis................................................129
6.2 Consumo de combustível..................................................................................130
6.3 Tempo de partida a frio .....................................................................................130
6.4 Emissões de gases da exaustão pelas diferentes misturas de biodiesel ..........130
6.5 Temperatura do Catalisador..............................................................................131
6.6 Sugestões para trabalhos futuros......................................................................131
REFERÊNCIAS.......................................................................................................133
APÊNDICE A – ANÁLISE DE INCERTEZA ............................................................143
APÊNDICE B – DADOS OBTIDOS NOS TESTES DE EMISSÕES DE POLUENTES
................................................................................................................................159
ANEXO A – LAUDO ÓLEO DIESEL MINERAL 10PPM.........................................162
ANEXO B – CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DAS AMOSTRAS DE
BIODIESEL É ÓLEO DIESEL..............................................................163
ANEXO C – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO ÓLEO DIESEL S500 .................167
ANEXO D – ESPECIFICAÇÕES TÉCNIICAS DO ÓLEO DIESEL S50 ..................168
ANEXO E – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO BIODIESEL B100 (ANP)............169
ANEXO F – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO BIODIESEL B100 (EN 14214) ...172
ANEXO G – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO ETANOL....................................173
ANEXO H – LIMITES DE EMISSÕES PARA VEÍCULOS A DIESEL (BRASIL E
UNIÃO EUROPÉIA) ............................................................................175

1 INTRODUÇÃO
1.1 Prólogo
A questão ambiental, vista de forma localizada através da qualidade das
emissões dos motores e de forma de mudanças climáticas globais através da
redução das emissões de CO2 e, por conseqüência, na redução do efeito estufa,
constitui a verdadeira força motriz para a produção e consumo dos combustíveis
limpos oriundos da biomassa, especialmente, no caso do motor diesel, o biodiesel
(PARENTE, 2003). Nos últimos anos inúmeras pesquisas têm sido feitas para
reduzir as emissões nocivas de motores diesel. Algumas destas pesquisas estão
relacionadas ao controle da injeção de combustível, do processo de combustão e ao
tratamento pós-combustão dos gases de exaustão. Em complemento a estas
tecnologias, os combustíveis alternativos são outro caminho para a redução de
gases de exaustão nocivos sem impactos negativos na potência do motor e
consumo de combustível (KEGL, 2007).
A demanda por energia em todo o planeta está aumentando, em específico a
demanda de energia baseada no petróleo. A evolução de tal demanda sem danos
ao meio ambiente é algo de interesse primário e desafiante. Com a elevação dos
preços dos combustíveis convencionais, a necessidade crescente de independência
energética dos países (principalmente devido ao monopólio dos combustíveis
fósseis) e os interesses ambientais, os combustíveis alternativos podem satisfazer
tal necessidade por energia renovável com baixos impactos ambientais. Os
combustíveis alternativos atualmente contemplados para uso veicular são o etanol, o
hidrogênio e o biodiesel.
Enquanto os motores a gasolina deverão ser substituídos por motores
híbridos e mesmo células a hidrogênio, os motores com ignição por compressão
(motores diesel) contam com a expectativa de uso para aplicações de altas
potências devido às limitações de armazenagem. A alternativa ambientalmente
viável de combustível para motores diesel é o biodiesel, derivado a partir de óleo
vegetal ou gordura animal.
21

1.2 Objetivos e Metas
O objetivo geral desta dissertação é comparar, através de testes em
laboratórios, o consumo de combustível, a emissão de poluentes e o desempenho
em baixa temperatura de um veículo alimentado com misturas de biodiesel em
relação ao óleo diesel mineral. Foram utilizados como combustíveis misturas do óleo
diesel convencional (S500, com 500ppm de enxofre) com o biodiesel de óleo de soja
nas concentrações de 3% (B3), 5% (B5), 10% (B10), 15% (B15) e 20% (B20).
Também foi estudado o efeito do etanol no combustível B20 com a adição deste
álcool nas concentrações de 2% (B20E2) e 5% (B20E5). Utilizou-se como referência
o óleo diesel mineral padrão europeu S10, com 10ppm de enxofre.
A dissertação tem os seguintes objetivos específicos:
− caracterizar as emissões de poluentes de um motor diesel operando com
combustíveis constituídos de diferentes concentrações de biodiesel e etanol
em óleo diesel mineral.
− comparar o consumo de combustível de motores diesel operando com
− combustíveis compostos de misturas de biodiesel e etanol em óleo diesel
mineral em diferentes concentrações.
− determinar as características físico-químicas das misturas de biodiesel e
etanol utilizadas.
Os objetivos desta dissertação visam atingir as seguintes metas:
− verificar o atendimento às legislações ambientais vigentes e futuras para
− emissões de poluentes de motores diesel usados em automóveis.
− gerar informações que contribuam para especificações de biodiesel
condizentes com a realidade econômica e o potencial de produção no Brasil.
− fornecer dados para o desenvolvimento de motores de combustão interna
com ignição por compressão alimentados com biodiesel.
1.3 Justificativa
O biodiesel é atualmente a forma com que os óleos vegetais e gorduras estão
sendo utilizados como combustível puro (B100) ou como misturas com combustível
22

diesel derivado do petróleo. Usando biodiesel ao invés de óleo diesel convencional
espera-se reduzir todo o ciclo de vida do dióxido de carbono (CO2) e as emissões de
material particulado, monóxido de carbono (CO), óxidos de enxofre (SOX),
compostos orgânicos voláteis (VOC) e hidrocarbonetos não-queimados (HC).
Contudo, é sabido que o biodiesel aumenta as emissões de óxidos de nitrogênio
(NOX), compostos por óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2).
De um modo geral, considerando-se a pressão dos órgãos ambientais para
redução das emissões veiculares, observam-se as seguintes tendências da evolução
dos combustíveis no cenário internacional:
− produção de combustíveis com baixos teores de aromáticos e livres de
enxofre.
− produção de combustíveis com baixíssimo nível de emissões.
− desenvolvimento de produtos para nichos de mercado.
− produção de gasolinas com elevada octanagem.
− produção de óleo diesel com alta qualidade de ignição (cetano maior que 50).
− produção de combustíveis de aviação com baixos teores de enxofre.
− produção de gasolina de aviação sem chumbo tetra-etila em sua composição.
− produção de óleos combustíveis e bunkers 1 com baixos teores de enxofre.
− utilização de aditivos que melhorem o desempenho de combustíveis.
− adequação dos combustíveis para utilização em tecnologias de motores e
veículos.
− produção de combustíveis de competição com alto rendimento energético e
baixo nível de emissões.
− uso de combustíveis sintéticos) e biocombustíveis 2 (biodiesel, bioquerosene 3
e alcoóis) nas formulações dos combustíveis usados para transporte.
1 Bunker é um óleo combustível utilizado para navios em geral. Tal óleo é resultado da mistura de
petróleo importado com petróleo nacional, o que proporciona um baixo teor de metais (alumínio e
silício) e de enxofre (PETROBRÁS, 2009).
2 De acordo com a resolução ANP n. 07/2008, define-se como biocombustível o combustível derivado
de biomassa renovável para uso em motores de combustão interna ou para outro tipo de geração de
energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil.
3 O bioquerosene (biojet) é produzido através do óleo extraído de palmáceas e não tem elementos
poluentes, constituindo uma alternativa que vem sendo testada para uso no transporte aeroespacial.
23

− utilização crescente do uso de corantes e/ou marcadores de modo a garantir
a qualidade do combustível.
− desenvolvimento de sistemas veículo-combustível com menor consumo
energético para reduzir as emissões de CO2. (PETROBRÁS, 2008).
Quantificar e correlacionar os gases emitidos por motores de combustão por
compressão com os elementos que constituem o combustível de alimentação destes
motores é um meio indireto de definir a qualidade, a economia de combustível, a
emissão de gases poluentes e o nível de fumaça emitido na exaustão. Conhecer o
desempenho de motores usando biodiesel e compará-lo com o desempenho destes
mesmos motores usando óleo diesel mineral é um estudo necessário para o
desenvolvimento de motores de combustão interna com ignição por compressão,
alimentados com biodiesel.
Os benefícios associados ao uso do etanol misturado com o óleo diesel
incluem o aumento da biodegradabilidade, ou seja, o aumento crescente no uso de
biocombustíveis, e a redução nas emissões de gases de efeito estufa caso o etanol
seja produzido a partir da biomassa. Em termpos de combustão, uma vez que
pesquisadores concluíram que a combinação de diversas propriedades se alteram,
tais como densidade, número de cetano, viscosidade cinemática, poder calorífico
superior, e frações de aromáticos, espera-se que a combinação destas variáveis
conduzam a comportamento igual ou superior em termos de performance.
É conhecido que em um estágio inicial, a redução no consumo de combustível
e a baixa qualidade da ignição são as principais barreiras para aplicação do etanol
em motores diesel, porém há diversos aditivos, tais como aditivo para prevenir a
separação de fases das misturas etanol-diesel e elevar o número de cetano.
1.4 Escopo da Dissertação
O Capítulo 2 apresenta estudos realizados na temática deste trabalho. É feita
uma revisão dos artigos científicos relevantes e relacionados a pesquisas ao
biodiesel, bem como suas misturas com óleo diesel e etanol, no que se refere ao
desempenho do motor, ao consumo de combustível e às emissões de poluentes.
24

O Capítulo 3 trata da fundamentação teórica deste trabalho. São abordadas
as propriedades físico-químicas do óleo diesel, biodiesel e etanol, as definições dos
parâmetros de desempenho e emissões e os fatores de influência.
O Capítulo 4 descreve a metodologia experimental: a instrumentação, os
equipamentos utilizados e os procedimentos adotados para a realização dos testes.
Os resultados obtidos dos experimentos realizados em conjunto com a
análise comparativa e discussões pertinentes são apresentados no Capítulo 5.
No Capítulo 6 são apresentadas as conclusões relativas aos resultados
encontrados neste estudo assim como sugestões para trabalhos futuros.
Os Apêndices A, B e C apresentam as análises de incertezas associadas aos
parâmetros medidos nos testes de emissões de poluentes, consumo de combustível
e partida a frio do motor.
O Anexo A apresenta o laudo técnico com as especificações do óleo diesel
S10. O Anexo B contém os dados obtidos na análises físico-químicas das misturas
dos combustíveis utilizados na pesquisa. Os Anexos C a F contém as especificações
técnicas dos combustíveis previstas. em normas. O Anexo G apresenta o resumo
dos limites de emissões de poluentes previstos para o Brasil e para a União
Européia.
25

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Biodiesel
O biodiesel é um combustível renovável, biodegradável e ecologicamente
correto. É constituído por uma mistura de ésteres metílicos ou etílicos de ácidos
graxos, obtidos por reação de transesterificação de qualquer triglicerídeo de cadeia
longa na presença de um álcool de cadeia curta (metanol ou etanol),
respectivamente. A Lei nº 11.097, de 13 de janeiro de 2005, define o biodiesel como
um combustível para uso em motores de combustão interna com ignição por
compressão, renovável e biodegradável, derivado de óleos vegetais ou de gorduras
animais, que possa substituir parcial ou totalmente o óleo diesel de origem fóssil. A
Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis – ANP –, através do
Regulamento Técnico ANP nº 07, de 19/03/2008, define os métodos de ensaio para
determinação das características do biodiesel. As especificações das características
do biodiesel estão apresentadas no Anexo E, conforme o regulamento técnico
citado.
O conceito técnico de se utilizar óleos vegetais, gorduras animais ou óleos
usados como combustíveis diesel de natureza renovável pode parecer simples,
porém apresenta complexidades por envolver o atendimento a inúmeras
características técnicas. O uso de óleos vegetais como combustível de motores
diesel remonta ao primeiro experimento realizado por Rudolph Diesel. Em 1900, na
Exibição Mundial de Paris, Rudolph Diesel apresentou um motor de combustão por
compressão alimentado com óleo de amendoim (KNOTHE et al. 2006).
Diversas são as espécies vegetais oleaginosas que podem ser utilizadas para
a produção de biodiesel. No Brasil tem sido produzido biodiesel de mamona, dendê,
girassol, babaçu, amendoim, pinhão manso, nabo forrageiro e soja, dentre outras
fontes. O biodiesel é miscível com o óleo diesel de petróleo em qualquer proporção.
Em muitos países, inclusive no Brasil, esta propriedade levou ao uso de misturas
binárias diesel/biodiesel, ao invés do biodiesel puro. Neste sentido é importante
salientar que estas misturas binárias não podem ser caracterizadas como biodiesel.
26

As misturas deste tipo são designadas por acrônimos como B20, que
representa a mistura de 20% de biodiesel no óleo diesel de petróleo. Óleos vegetais
e gorduras de origem animal que não passaram pelo processo de transesterificação
também não podem ser denominadas de biodiesel.
O biodiesel pode ser obtido por diferentes processos, dentre os quais se pode
citar o craqueamento e a transesterificação. O craqueamento ou pirólise é um
processo térmico através do qual uma molécula orgânica complexa (hidrocarbonetos
pesados) modifica-se em moléculas mais simples (hidrocarbonetos leves). O óleo
vegetal é colocado em um craqueador de aço inoxidável, sendo submetido a altas
temperaturas, na presença ou não de catalisadores. No craqueador ocorre o
rompimento das ligações atômicas, em especial das mais sensíveis. Desse modo os
triglicerídeos, que possuem 50 ou mais átomos de carbono, são desdobrados em
moléculas orgânicas com até 17 átomos de carbono. Os vapores das novas
moléculas passam por uma torre de destilação fracionada com um complexo sistema
de fluxo e refluxo, onde ocorre a separação e recuperação em diferentes pontos da
coluna em função do ponto de condensação.
As principais vantagens da rota de craqueamento são a não produção de
glicerol como subproduto, a não utilização de álcool no processo, o menor custo de
investimento fixo inicial e a relativa facilidade de operação, o que torna o processo
particularmente adaptável para produção de biodiesel em pequena e média escala.
Nos pequenos e médios empreendimentos, a produção de glicerol e o uso de álcool
anidro possuem considerações particularizadas. O custo de refino do glicerol é
proporcionalmente maior que nas plantas de grande dimensão. A aquisição de
álcool anidro pelo pequeno ou médio produtor dificilmente conseguirá estabelecer
contratos de longo prazo, garantindo seu abastecimento a preços compatíveis. Além
disso, o frete de álcool para grandes distâncias pode inviabilizar a competitividade
do biodiesel pela rota da transesterificação (GAZZONI; FELICI, 2006).
O processo de transesterificação baseia-se na reação química decorrente da
mistura de um triglicerídeo com um álcool na presença de um catalisador que pode
ser alcalino ou ácido. Os catalisadores são substâncias usadas para acelerar a
transformação do óleo vegetal em biocombustível. O hidróxido de sódio (NaOH),
comercialmente denominado de soda cáustica, e o hidróxido de potássio (KOH) são
os catalisadores convencionais mais comuns utilizados no processo de produção do
biodiesel. Tais catalisadores são contaminadores do solo e da água se não tiverem
27

um adequado descarte. Para a remoção da soda cáustica ao final da produção de
biodiesel é preciso utilizar, por exemplo, 500 litros de água para cada mil litros de
biodiesel produzidos para que o produto final fique totalmente limpo. Além do perigo
da contaminação, qualquer teor remanescente de hidróxido de sódio no
biocombustível pode se tornar um forte corrosivo para os motores.
Recentes pesquisas com o objetivo de eliminar a necessidade de uso de água
para lavagem do biodiesel no processo de produção, reaproveitar o catalisador e
eliminar o risco de contaminação do catalisador no biodiesel vêm sendo realizadas
por universidade brasileiras. Por exemplo, pesquisadores da Universidade Federal
de Itajubá (UNIFEI) desenvolveram um catalisador inorgânico nano estruturado
alcalino chamado de CNK47. A nano estrutura do produto, como qualquer outro
material nano métrico – medida equivalente a um milímetro dividido por um milhão
de vezes – possui elevada área superficial porque grande parte das moléculas
existentes nos nano poros está em contato, no caso, com a mistura de óleo e álcool,
facilitando a reação química. Com este catalisador é possível fazer a catálise no
processo de produção de biodiesel reutilizando a substância em até cinco sessões
diferentes de produção até atingir a saturação.
Ao contrário dos catalisadores convencionais chamados de homogêneos, o
CNK47 é sólido e não se mistura ao produto. O CNK47 pode ser reutilizado várias
vezes e não é necessário lavar o biodiesel para a retirada de restos de
catalisadores, como acontece numa situação convencional. O CNK47 é formado por
nano esferas e nano poros de sílica com elevado conteúdo de potássio
disponibilizado na forma de um pó.
Outro catalisador heterogêneo foi inventado por pesquisadores da
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) e da Universidade de Ribeirão Preto
(UNAERP). Este catalisador também foi concebido com a preocupação de tornar o
processo mais limpo e diminuir etapas da produção de biodiesel, eliminando o uso
de água. O catalisador é formado por um compósito de silicatos, argilas, alumínio e
zeólitas, um tipo de mineral poroso que serve de base para o catalisador. As zeólitas
possuem poros nano métricos como uma peneira molecular, onde acontece a
reação química.
Embora ambos os catalisadores heterogêneos apresentem vantagens – como
não necessitar do uso de água no processo, eliminando os efluentes danosos ao
ambiente – apresentam também, como desvantagem, a necessidade de maior
28

temperatura no processo de transesterificação (no caso do CNK47 a temperatura é
de 80°C), o que implica no uso de maior energia no processo. Outra desvantagem é
a exigência de altas temperaturas no processo de síntese de tais catalisadores,
cerca de 600 °C por 24 horas. Tais fatores implicam em um possível aumento de
custo no processo, porém o futuro da produção de biodiesel é promissor e
dependente de novas tecnologias e da evolução de pesquisas.
Os álcoois utilizados no processo de transesterificação do biodiesel são,
preferivelmente, da cadeia de C1 a C6, podendo ser metanol, etanol, isopropanol ou
butanol, dentre outros. Nos Estados Unidos, Canadá e na Europa utiliza-se álcool
metílico (metanol) na transesterificação. No Brasil utiliza-se o metanol e também o
álcool etílico (etanol). Salienta-se que a utilização de metanol ou etanol está
relacionada principalmente à disponibilidade regional de tais álcoois, buscando
menores custos de produção do biodiesel e também atender a questões de
segurança do manuseio. Os riscos no transporte e manuseio do metanol são mais
elevados que no caso do etanol.
No processo de transesterificação para a obtenção do biodiesel, os
triglicerídeos dos óleos vegetais são convertidos em mono-alquil-ésteres. O produto
da transesterificação metílica é denominado de éster metílico de ácido graxo (ou
FAME, do inglês Fatty Acid Methyl Ester). A transesterificação é o processo de trocar
no grupo alcoíla oxigenada, ou alquila (CnH2n+1), um composto éster por um álcool,
como mostra o esquema da Fig. 1. Estas reações são normalmente catalisadas pela
adição de um ácido ou de uma base.
.
Figura 1: Processo de Transesterificação
Fonte: Knothe et. al., 2006.
A maior razão para que óleos vegetais e gorduras animais devam ser
convertidos em alquil ésteres é a viscosidade cinemática que, no biodiesel, é muito
mais próxima daquela do óleo diesel do petróleo. A alta viscosidade de matérias
graxas não transesterificadas conduz a sérios problemas operacionais nos motores
29

diesel, tais como depósitos. A justificativa para o biodiesel ser utilizado como um
combustível alternativo ao óleo diesel é a similaridade do número de cetano e das
propriedades físico-químicas, como o calor de combustão, o ponto de fluidez, a
viscosidade cinemática, a estabilidade à oxidação e a lubricidade.
2.2 Aplicações do Biodiesel
Embora o uso do biodiesel seja tratado a priori com aplicações em transporte
de superfície, os ésteres de óleos vegetais possuem outras aplicações. O biodiesel é
utilizado para aumentar o número de cetano. O uso de nitratos de ácidos graxos no
combustível diesel foi relatado em patente. Aditivos multifuncionais por ésteres
graxos nitratos foram desenvolvidos para melhorar a combustão e a lubrificação dos
motores. Na Itália, os ésteres de óleos vegetais servem como óleo de aquecimento
ao invés do óleo diesel, sendo estabelecida a norma européia EN 14213 para este
propósito. Na Alemanha, foi elaborado um projeto para o uso do biodiesel como óleo
de aquecimento para o prédio Reichstag, em Berlim (KNOTHE et al. 2006).
Outra aplicação do biodiesel foi realizada na aviação. A restrição de seu uso é
devida às suas propriedades a baixas temperaturas, o que limita seu uso apenas a
vôos de baixa altitude. Em 2008 a Airbus anunciou uma parceria com a Honeywell,
a International Aero Engines e a JetBlue Airways para desenvolver uma segunda
geração de biocombustíveis, que atenda as especificações da aviação comercial. O
principal objetivo desta união será transformar os óleos obtidos a partir de vegetais e
algas em combustíveis para aviões e conseguir a autorização das organizações
encarregadas das normas para seu uso seguro.
Os ésteres de óleos vegetais e de gordura animal podem ser utilizados para
outros inúmeros propósitos. Os ésteres de metila podem servir como intermediários
na produção de álcoois graxos oriundos de óleos vegetais. Os álcoois graxos são
usados em surfactantes 1 e produtos de limpeza. Os ésteres de óleos vegetais
______________________
1 Surfactante é um composto caracterizado pela capacidade de alterar as propriedades superficiais e
interfaciais de um líquido, sendo adequado para aplicações amplas como detergência, emulsificação,
lubrificação, capacidade espumante, capacidade molhante, solubilização e dispersão de fases.
30

também possuem boas propriedades de solvência, sendo utilizados como meio para
a limpeza de praias contaminadas por óleo bruto de petróleo. Os ésteres metílicos
de óleos de semente de colza foram sugeridos como plastificantes para a produção
de plásticos. Os ésteres alquílicos de gorduras hidrogenadas, misturados aos
combustíveis à base de ácidos carboxílicos ou parafina, oferecem uma melhoria na
eficiência da combustão (KNOTHE et al. 2006).
Em 1980 a Resolução nº 7 do Conselho Nacional de Energia instituiu o
Programa Nacional de Produção de Óleos Vegetais para Fins Energéticos –
PROÓLEO. Entre outros objetivos, pretendia-se substituir o óleo diesel por óleos
vegetais em mistura de até 30% em volume, incentivar a pesquisa tecnológica para
promover a produção de óleos vegetais nas diferentes regiões do país e buscar a
total substituição do óleo diesel mineral por óleos vegetais. Inicialmente deu-se
maior atenção à soja. A partir de 1981 foi estudado o amendoim e, em 1982, a colza
e o girassol. Em 1986 passou-se a estudar o dendê.
2.3 O Biodiesel no Brasil
As primeiras referências sobre o uso de óleos vegetais no Brasil datam da
década de 1920 (VALENTE, 2007). Posteriormente algumas pesquisas foram
desenvolvidas no Instituto Nacional de Tecnologia, no Instituto de Óleos do
Ministério da Agricultura e no Instituto de Tecnologia Industrial de Minas Gerais.
Neste último, em 1950, registraram-se estudos sobre o uso dos óleos de licuri
(Syagrus coronata) – palmeira de até 10 metros de altura, nativa do Brasil, presente
nos estados do Piauí, Pernambuco e Minas Gerais - de mamona e de algodão em
um motor diesel de seis cilindros. Em 1978, Expedito José de Sá Parente, professor
da Universidade Federal do Ceará (UFC), desenvolveu uma técnica de produção de
biodiesel a partir do óleo de algodão. Em 1980 o professor Expedito Parente
requereu patente para o processo desenvolvido, que foi homologada no Brasil em
1983. Em Minas Gerais, a Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais – CETEC
MG – desde o início dos anos 80 desenvolve estudos com oleaginosas para
produção de biocombustível.
31

O Brasil tem em sua geografia grandes vantagens agronômicas por se situar
em uma região tropical, com altas taxas de luminosidade e temperaturas anuais
medianas. Associada à disponibilidade hídrica e regularidade de chuvas, o Brasil é o
país com maior potencial para produção de energia renovável. Foi o primeiro país a
adotar misturas de combustíveis renováveis aos combustíveis fósseis (gasolina com
etanol) no final da década de 1970. O óleo de soja é, atualmente, a matéria-prima
mais utilizada para a fabricação do biodiesel, seguida do sebo e do óleo de algodão.
Em dezembro de 2008, a participação foi de 78% para o óleo de soja, 16% para o
sebo, 3% para outras matérias primas e 2% para o óleo algodão (Fig. 2).
Figura 2: Evolução das matérias-primas utilizadas para a produção do Biodiesel
Fonte: Brasil, 2009a, p. 5.
Em termos regionais, no Brasil há grande diversidade de opções para
produção de biodiesel, tais como a palma (dendê) e o babaçu no norte, a soja, o
girassol e o amendoim nas regiões sul, sudeste e centro-oeste, e a mamona, que,
além de ser a melhor opção do semi-árido nordestino, apresenta-se também como
uma alternativa nas demais regiões do país. Na Fig. 3 está apresentada a atual
distribuição das oleaginosas nas regiões do Brasil.
No início da década de 1980, a Secretaria de Tecnologia Industrial do
Ministério da Indústria e Comércio (STI/MIC) desenvolveu e lançou o Programa
Nacional de Alternativas Energéticas Renováveis de Origem Vegetal. No Programa
constavam linhas de ação relacionadas aos óleos vegetais combustíveis, que
levaram ao Programa Nacional de Óleos Vegetais – Programa OVEG – voltado
especificamente para a comprovação da viabilidade técnica do uso dos óleos
32

vegetais em motores do ciclo Diesel. O OVEG era voltado especificamente para a
comprovação técnica do uso dos óleos vegetais em motores do ciclo Diesel, com a
participação de institutos de pesquisa, órgãos técnicos do governo federal,
fabricantes de motores, fabricantes de óleos vegetais e empresas de transportes.
Testes foram desenvolvidos com ésteres puros (metílico e etílico) e com misturas de
óleo diesel com 30% de éster metílico de óleo de soja, matéria-prima selecionada
por sua maior disponibilidade.
Figura 3: Matérias-primas utilizadas nas regiões do Brasil.
Fonte: Suarez, 2007.
33

Em 1985 a Secretaria de Tecnologia Industrial do Governo Federal declarava
que a substituição do óleo diesel de petróleo pelo biodiesel de óleo vegetal era a
mais adequada do ponto de vista técnico. A afirmação era sustentada por resultados
de testes experimentais em caminhões e ônibus, com acúmulo de mais de um
milhão de quilômetros rodados utilizando biodiesel. O uso do biodiesel não
demandou grandes modificações nos motores e o combustível apresentou alto
rendimento energético.
Apoiado na crescente demanda por combustíveis de fontes renováveis e no
potencial brasileiro de produção, pelas suas condições favoráveis de solo e clima,
em 6 de dezembro de 2004 o Governo Federal lançou o Programa Nacional de
Produção e Uso de Biodiesel – PNPB. Trata-se de um programa com o objetivo de
implementar de forma sustentável, tanto técnica como economicamente, a produção
e o uso do biodiesel no Brasil. Os objetivos do PNPB são os seguintes:
− diversificação da matriz energética.
− introdução sustentável de novo combustível renovável.
− contribuição ambiental através da oferta de um combustível ambientalmente
correto.
− geração de empregos e renda na agricultura familiar.
− fixação de famílias no campo e expansão da agricultura sustentável.
− economia de divisas ao reduzir as importações de petróleo e óleo diesel.
− aproveitamento de solos inadequados para culturas alimentícias.
Salienta-se que, de acordo com o Governo Federal, 10% do óleo diesel de
petróleo consumido no Brasil é importado. O óleo diesel é utilizado principalmente no
transporte de passageiros e de cargas. O óleo diesel é o combustível mais utilizado
no país, com comercialização anual de 41,5 bilhões de litros, o que corresponde a
57,7% do consumo nacional de combustíveis veiculares.
Diferente da conjuntura econômica da consolidação do PROÁLCOOL, o
governo teve a favor para o lançamento do PNPB o aumento na demanda de
combustíveis, a baixa resistência da indústria automobilística em adotar a nova
matriz energética e o interesse do mercado de energia por fontes renováveis para
eliminar a dependência do petróleo.
Com respeito à resistência da indústria, fato contrário foi verificado na metade
da década de 70, uma vez que as empresas automobilísticas multinacionais se
34

ecusaram a adotar um motor projetado para o álcool. Contribui também para a atual
aceitação pela indústria do PNPB as pequenas modificações a serem realizadas no
motor e no veículo para a utilização do biodiesel. O PNPB quer evitar as
experiências negativas do PROÁLCOOL, que provocou uma concentração de renda
e terras, buscando o incentivo à agricultura familiar e a regulação do mercado por
meio de leilões realizados pela Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e
Biocombustíveis (ANP).
O PNPB atualmente está na fase de consolidação do mercado e da
participação da agricultura familiar na produção das diferentes oleaginosas
cultivadas no Brasil, visando o cumprimento ou mesmo a antecipação das próximas
metas de ampliação da mistura. Atualmente está em análise a antecipação da
mistura B4 para vigorar em meados de 2009. Também há a intenção do B5 ser
antecipado de 2013 para 2010 (BRASIL, 2009).
No tópico “Desenvolvimento Tecnológico do PNPB” está previsto o Programa
de Testes e Ensaios com Motores, no sentido de avaliar a viabilidade do aumento
gradativo do biodiesel na mistura com o óleo diesel. O Programa tem por finalidade a
realização de testes e ensaios em motores, inicialmente para a validação do uso da
mistura B5 em conjunto com os fabricantes de veículos e peças, com vistas a
assegurar ao consumidor final a manutenção da garantia de veículos e
equipamentos. Além disso, a avaliação do uso de outros percentuais (Ex.: B10, B20,
B50... B100) é importante também para o uso em frotas cativas e para subsidiar
decisões referentes à ampliação do uso do biodiesel no país.
Outro programa previsto é de “Caracterização e Controle de Qualidade do
Combustível”, visando à praticidade e economia de consumo do óleo in natura, dos
combustíveis oriundos de diversas matérias-primas e suas misturas, com análise da
qualidade segundo critérios e normas estabelecidos e o desenvolvimento de
metodologias para análise e controle de qualidade. O biodiesel foi introduzido na
matriz energética brasileira pela Lei nº 11.097, de 13/1/2005, que fixa em 5% o
volume de biodiesel a ser adicionado ao diesel mineral em um prazo de 8 (oito)
anos, ou seja, 2013. Salienta-se que de 2005 a 2007 a mistura de 2% de biodiesel
ao diesel de petróleo (B2) era facultativa. A partir de janeiro de 2008 passou a
vigorar o uso obrigatório da mistura de 2% de biodiesel ao óleo diesel de petróleo
(B2). A partir do segundo semestre de 2008 foi autorizado pela ANP o aumento da
mistura de 2% para 3%, como forma de absorver o crescimento da produção.
35

A ANP registrava, em janeiro de 2007, uma capacidade instalada de produção
de biodiesel no Brasil de 638.820 m 3 /ano e uma produção média de 2.129,4 m 3 /dia.
Em janeiro de 2009 a capacidade instalada de produção de biodiesel no Brasil foi de
3.702 mil m 3 /ano, ou 11.383,83 m 3 /dia, com uma produção média de 3.333,3 m 3 /dia.
Na Fig. 4 pode-se verificar a localização das atuais unidades produtoras de biodiesel
no Brasil. Na Fig. 5 é apresentada a evolução da capacidade de produção de
biodiesel (B100) no Brasil e a capacidade nominal autorizada pela ANP.
Diversos setores do Brasil, notadamente as entidades ligadas à tecnologia,
estão envolvidos na discussão, estudo, formulação e divulgação de conhecimentos
ligados à produção e utilização de biodiesel. Podem-se citar entidades como
universidades, prefeituras, montadoras de automóveis, fabricantes de autopeças,
empresas de petróleo e energia e associações de engenheiros. O Centro de
Pesquisas da Petrobrás (CENPES) desenvolve duas linhas de pesquisa inéditas
referentes à produção de biodiesel, empregando o etanol como reagente. A primeira
visa simplificar o processo utilizado atualmente na indústria para produção do
biodiesel a partir dos óleos vegetais. A segunda tem como objetivo produzir o
biodiesel diretamente da semente da mamona.
Figura 4: Localização geográfica das unidades produtoras de Biodiesel.
Fonte: BRASIL, 2009a, p. 2.
36

A utilização do biodiesel no Brasil pode ser dividida em dois mercados
distintos: mercado automotivo e estações estacionárias. Cada um destes mercados
possui características próprias e podem ser subdivididos em sub-mercados. O
mercado de estações estacionárias caracteriza-se basicamente por instalações de
geração de energia elétrica e representam casos específicos e regionalizados.
Tipicamente, pode-se considerar a geração de energia nas localidades não supridas
pelo sistema regular nas regiões remotas do País. O volume de biodiesel envolvido
neste mercado não é significativo, mas pode representar reduções significativas com
os custos de transporte e, principalmente, a inclusão social e o resgate da cidadania
das comunidades usuárias. Outros nichos de mercado para utilização do biodiesel
para geração de energia podem ser encontrados na pequena indústria e no
comércio, como forma de redução do consumo de energia no horário de ponta,
aliada aos aspectos de propaganda e marketing.
Figura 5: Evolução da capacidade de produção de biodiesel (B100) e da capacidade nominal
autorizada pela ANP.
Fonte: BRASIL, 2009b, p. 9.
37

O mercado automotivo pode ser subdividido em dois grupos: o de grandes
consumidores e o de consumo a varejo. O grupo composto por grandes
consumidores tem circulação geograficamente restrita, tais como empresas de
transportes urbanos, de prestação de serviços municipais, transporte ferroviário e
hidroviário, entre outras. No grupo de consumo a varejo, com a venda do
combustível nos postos de revenda tradicionais, estão incluídos os transportes
interestaduais de cargas e passageiros, veículos leves e consumidores em geral.
2.4 O Biodiesel na Europa
O uso de óleo de biomassa como combustível é presente na Europa desde a
invenção do motor de ignição por compressão. Na década de 1950 os combustíveis
de origem vegetal representavam uma parte significativa do consumo. Seu uso foi
progressivamente abandonado devido à redução do preço dos combustíveis fósseis.
Nos últimos vinte anos há um renovado e decisivo interesse sobre os
biocombustíveis por uma razão de independência energética em relação ao petróleo
e, também, para minimizar a poluição urbana. Os biocombustíveis têm, ainda, um
custo de produção elevado, mas sua utilização parece inexorável devido à
necessidade de reduzir o efeito estufa e o consumo de petróleo, principalmente no
setor de transporte.
A União Européia (UE) definiu uma estratégia direcionada à utilização de
energia renovável com os seguintes objetivos:
− combater as mudanças climáticas do planeta.
− reduzir o impacto ambiental de atividades humanas sobre o meio-ambiente.
− criar empregos e novas fontes de renda na UE, que atualmente engloba 25
países.
− contribuir para que se estabeleça um suprimento seguro de energia para a
sociedade.
Para atingir tais objetivos, foi definido um cronograma incorporado na
legislação da UE que, com seus países membros, definiram o objetivo de aumentar
a produção e o uso de energia renovável a um mínimo de 12% do total de consumo
doméstico de energia até o ano 2010. As quantidades de energia verde e de
38

iocombustíveis deveriam ser de 2,2% e 5,75%, respectivamente. A França adotou
um calendário de utilização mais intenso, prevendo 2% para 2007, 5,45% em 2008,
7% em 2010 e 10% em 2015.
Em 28 de maio de 2003 a resolução européia para a promoção de
biocombustíveis entrou em vigor. O ponto central desta resolução foi um plano de
ação que prescrevia uma proporção mínima de biocombustíveis para cada país
membro, de acordo com sua parcela no mercado do produto. Esse plano de ação
estabeleceu que, a partir de 2005, o biodiesel deveria corresponder a uma parcela
de 2% do total de combustíveis consumidos na UE. O plano previu também que esta
parcela deverá crescer gradativamente a 5,75% até o ano 2010. As estratégias dos
países membros da UE para promover a energia renovável diferem enormemente e
podem ser comprovadas pelas diferentes vantagens tributárias.
No início dos anos 90, o processo de industrialização do biodiesel foi iniciado
na Europa. A UE produz anualmente mais de 1,35 milhões de toneladas de biodiesel
em cerca de 40 unidades de produção, correspondendo a 90% da produção mundial
de biodiesel. O governo garante incentivo fiscal aos produtores, além de promover
leis específicas para o produto visando melhoria das condições ambientais através
da utilização de fontes de energia mais limpas. A concessão de desoneração
tributária também está associada à comprovação da origem da biomassa presente
no biocombustível em questão. A tributação dos combustíveis de petróleo na
Europa, inclusive do óleo diesel mineral, é extremamente alta, garantindo a
competitividade do biodiesel no mercado.
As refinarias de petróleo da Europa têm buscado a eliminação do enxofre do
óleo diesel. Como a lubricidade do óleo diesel mineral diminui excessivamente com
a redução da concentração de enxofre em sua composição, a correção tem sido feita
pela adição do biodiesel, já que sua lubricidade é extremamente elevada. Esse
combustível tem sido designado por alguns distribuidores europeus de “Super
Diesel”.
Um importante aspecto para o fortalecimento da indústria de biodiesel é a
recomendação, presente na resolução diretiva da UE, de que a produção de
biodiesel esteja de acordo com a EN 14214, que entrou em vigor a partir de
novembro de 2003. De acordo com a resolução instituída para promover o biodiesel,
os países membros são obrigados a monitorar a qualidade do biodiesel nas
unidades de abastecimento, bem como a quantidade de biocombustível permitida no
39

combustível diesel ou na gasolina (petróleo) – neste caso o etanol, a um percentual
de adição máximo de 5%. A nova norma européia para o combustível diesel
convencional, a EN 590, permite a adição de, no máximo, 5% de biodiesel que
esteja de acordo com a norma européia EN 14214. A resolução para promover o
biodiesel estabelece a exigência de uma rotulagem especial para combustíveis que
apresentem níveis de mistura superiores a 5%. Os novos países membros deverão
atender a estes critérios de qualidade desde o momento de suas respectivas
integrações ao bloco.
O maior produtor e consumidor mundial de biodiesel é a Alemanha,
responsável por cerca de 42% da produção mundial. Na Alemanha, 90% da matéria-
prima utilizada para a produção de biodiesel é o óleo de colza. A extração do óleo
gera farelo protéico, a ração animal. Como a Alemanha é o único país em que o
biodiesel puro é distribuído e comercializado, o biodiesel deve estar rigorosamente
conforme a norma EN 14214, ou seja, isento de mistura ou aditivos. A rede alemã de
abastecimento de combustíveis é composta por cerca de 1700 postos. A capacidade
de produção de biodiesel na Alemanha é apresentada na Fig. 6.
Figura 6: Capacidade de produção de biodiesel na Alemanha
Fonte: Gazzoni, 2008b.
40

A AGQM (do alemão, ArbeitsGemeinschaft Qualitats Management Biodiesel),
ou Associação para a Gestão da Qualidade do Biodiesel, tem por objetivo assegurar
que todos os critérios de qualidade sejam atendidos, de modo que os veículos
possam utilizar tal combustível sem quaisquer inconvenientes relacionados a este
combustível. Conforme citado anteriormente, o mercado alemão difere dos demais
países membros da UE, uma vez que os demais países vendem o biodiesel
misturado ao óleo diesel de petróleo em proporções variáveis. As exigências da
AGQM compreendem todo o ciclo de vida do biodiesel, desde a matéria-prima até os
postos de abastecimento, além de definir a padronização do biodiesel, realizar
pesquisas de qualidade, recomendar aditivos para melhoramento de propriedades
de fluxo a frio e promover ações de pesquisa e desenvolvimento. Foram fortes
motivações para a criação da AGQM os fatos descritos a seguir.
Em 1999 a indústria automotiva alemã, que já tinha aprovado o uso do
biodiesel, iniciou uma série de reclamações sobre problemas de qualidade.
Ocorrências como entupimento de filtros de combustível e danificação de sistemas
de injeção foram diretamente relacionadas à qualidade do biocombustível. A não
homogeneidade da estrutura da indústria alemã implicava, em alguns casos, na falta
de domínio técnico necessário sobre a tecnologia.
Entre 2006 e 2007 houve um forte incremento na produção de biodiesel na
Europa. Os fatores mais importantes que estimularam o salto produtivo foram a
conferência de cúpula do G8 em Heiligendamm e as metas estabelecidas a médio
prazo pela União Européia (EU), aproveitando que a Alemanha se encontrava na
Presidência do Conselho. Sob o pressuposto de que outros países industriais
também se comprometam a definir metas comparáveis, os objetivos da UE visam
reduzir as emissões de gases com efeito estufa em 30% até 2020 com relação ao
nível de 1990. No que diz respeito especificamente à Alemanha, estes objetivos
implicam em uma redução de 40% nos gases de efeito estufa em comparação com
1990. Na reta final para as negociações internacionais, a UE já se comprometeu a
reduzir os gases de efeito estufa em 20% e, simultaneamente, aumentar a eficiência
energética e a proporção de energias renováveis na matriz energética para 20%.
Um importante elemento estratégico da política da União Européia é
aumentar a proporção obrigatória de biocombustíveis para 10%, em base
energética, para todos os estados membros da UE em 2020. Desta maneira, os
chefes de Governo da UE apontam para o entendimento de que a mitigação das
41

mudanças climáticas só pode ser alcançada através de uma estratégia de dupla
abordagem. Além disso, o "Relatório Stern" e o Instituto Alemão de Investigação
Econômica (do inglês, German Institute for Economic Research) têm demonstrado
exaustivamente aos políticos e formadores de opinião o que custaria às economias
nacionais se medidas eficazes não forem aplicadas rapidamente.
Nos termos das metas de médio prazo da EU, através do seu Programa
Integrado de Clima e Energia (do Inglês, Integrated Climate and Energy
Programme), a Alemanha está avançando na implementação de medidas que
favorecem, simultaneamente, um novo impulso para a economia e a sua
consolidação como um líder internacional em tecnologia de biocombustíveis.
Por conseguinte, a atual política alemã abrange 30 medidas que impactam as
áreas financeiras e legislativas para facilitar a adoção do uso de biocombustíveis.
Dentro do âmbito de aplicação deste pacote global de medidas, o objetivo é atingir
uma redução anual das emissões de gases com efeito estufa de 30 milhões de
toneladas a partir de 2020 através da melhoria da eficiência dos veículos e do
aumento da quota obrigatória de mistura dos biocombustíveis.
A política geral da UE tem por meta reduzir a média das emissões de CO2 dos
automóveis novos de 130 a 120 g/km em 2012. A estratégia é obter esta redução
mediante o uso compulsório de biocombustíveis. Verifica-se que existe uma
dualidade de propósitos finais nesta estratégia, sendo a principal a mitigação dos
efeitos das mudanças climáticas e a segunda a diversificação de fontes energéticas
para fugir da dependência do monopólio dos combustíveis fósseis. Na sua visão
sobre política energética para a Europa em um relatório apresentado ao Conselho
Europeu e ao Parlamento no ano passado, a Comissão da UE ilustra a necessidade
urgente de ação e os aspectos fundamentais para facilitar o alinhamento da futura
política energética européia, um pré-requisito para cumprir as obrigações de
proteção climática contidas no Acordo de Kyoto. A Tab. 1 apresenta as
características do uso do biodiesel em alguns países de UE.
42

País Tipo de biodiesel
comercializado
Alemanha Os postos possuem o B100 e
o óleo diesel aditivado (B5)
TABELA 1
Características do uso do biodiesel em países da Europa.
Itália B100: utilizado para indústria
e aquecimento residencial.
B5 e B25: utilizados para
transporte.
França . Diesel comercializado com
5% de biodiesel
(> 50% do total).
. Denominado de "Diester".
. B30: grande utilização em
frotas cativas.
2.5 O Biodiesel nos EUA
Matériaprima
Observações
43
Colza .1.800 postos de abastecimento
.Maior produtor da Europa
. Mais de 2,5 milhões de veículos aprovados
para utilizar biodiesel
.Menor custo em relação ao óleo diesel(-12%)
Colza e
Girassol
Colza e
Girassol
Fonte: Suarez, 2009.
. 17 produtores de biodiesel
. 3 grandes produtores de biodiesel.
. 13 refinarias no país, 7 misturam o B5
ao óleo diesel de petróleo.
. 4.000 veículos utilizam o biodiesel em
mistura (mais da metade com B30).
Ao longo da maior parte do século XX os combustíveis derivados do petróleo
permaneceram com baixo custo e abundantes. Novos campos de petróleo foram
descobertos em todo o mundo, e havia a sensação que os EUA poderiam depender
para sempre do petróleo como uma fonte de energia de baixo custo e facilmente
disponível. O transporte motorizado proliferou logo após a invenção do automóvel e
foi fortemente alimentado pelo incessante desejo da sociedade americana pela
mobilidade. Durante este período a indústria americana progrediu para atender às
necessidades da população e o transporte a diesel, seja por caminhões, trens ou
navios, prevaleceu como o meio mais eficiente para bens industriais e serviços.
Com o aumento da população e o crescimento da produção industrial nos
EUA, a poluição (aérea, aquática e terrestre) passou a se constituir uma
preocupação crescente. A concessão de autorizações para a construção de novas
refinarias de petróleo tornou-se cada vez mais difícil e o custo das refinarias
bastante variável. Como resultado a capacidade de refino dos EUA se encontra no

limite, o que tem resultado em um aumento progressivo da importação de
combustíveis como a gasolina e o óleo diesel de petróleo. Atualmente, cerca de 60%
da demanda total de petróleo dos EUA depende de outros países.
No final da década de 1970 e no início da década de 1980, após a crise
estabelecida pela Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP), o
Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) e outros pesquisadores
investigaram o uso de combustível de óleos vegetais. De uma forma geral, a
conclusão atingida naquela época foi a de que os óleos vegetais eram muito
viscosos para serem utilizados por longos períodos de operação em motores diesel
modernos. A solução era a transesterificação destes óleos vegetais em ésteres
metílicos. Este combustível não era econômico e foi então considerado como um
combustível emergencial, o que levou a uma descontinuidade parcial das pesquisas.
Pequenas atividades investigativas continuaram durante a década de 1980,
voltando a crescer somente no início da década de 1990. Na oportunidade o
Congresso Americano incentivou a busca de alternativas à importação de
combustíveis derivados de petróleo logo após a Guerra das Tempestades do
Deserto (Desert Storm War). Junto a esta iniciativa, a aprovação do Ato Regulador
de Energia (Energy Policy Act) de 1992 e a formação do Conselho Nacional de
Desenvolvimento do Biodiesel de Soja por onze Conselhos Estaduais de Soja
Qualificados, dirigidos por produtos rurais, representaram o início das atividades
comerciais e industriais do biodiesel nos Estados Unidos.
O Conselho Nacional de Desenvolvimento do Biodiesel de Soja foi ampliado
para outras matérias-primas em 1995, alterando seu nome para Conselho Nacional
de Biodiesel dos EUA (National Biodiesel Board - NBB). O Conselho passou a
concentrar os seus esforços principalmente na discussão das exigências técnicas e
reguladoras necessárias para a comercialização deste novo combustível nos EUA.
Os primeiros esforços incluíram o desenvolvimento de especificações padronizadas
para o biodiesel (ASTM D6751) e uma quantidade significativa de testes de
emissões em uma variedade de aplicações. A manutenção da legalidade do
biodiesel foi realizada através dos registros necessários junto à Agência de Proteção
Ambiental (Environmental Protection Agency - EPA). Ainda, foram concluídos os
testes de emissões Tier1 e Tier2 exigidos nos adendos de 1990 do Ato Regulador
do Ar Limpo (Clean Air Act). Testes de campo em situações reais foram conduzidos
com sucesso (KNOTHE et al. 2006).
44

O BQ-9000, Programa Nacional de Credenciamento do Biodiesel, é um
programa cooperativo e voluntário para credenciamento de produtores e
comerciantes de biodiesel. O Programa é uma combinação única de normas para o
biodiesel (ASTM D6751) e de sistemas de qualidade que inclui armazenamento,
amostragem, testes, misturas, expedição, distribuição e práticas de manejo de
combustíveis.
Atualmente a situação dos EUA é a mais grave do mundo nos que diz
respeito aos biocombustíveis. Nem o etanol nem o biodiesel poderiam substituir em
larga escala o petróleo sem impacto no suprimento de alimentos. Conforme estudo
publicado em 2006 pela revista científica Proceedings of the National Academy of
Sciences, se toda a produção de soja for dedicada ao biodiesel, este substituiria
apenas 6% da demanda norte-americana de óleo diesel. No presente os EUA
utilizam menos de 1% de biodiesel para atender a sua demanda por óleo diesel.
No último período de sua administração o Presidente Clinton havia assinado a
Ordem Executiva (EO 13149). A EO 13149 instruiu todas as agências federais para
a redução do consumo de energia fóssil em 20% no ano de 2005, em comparação
com os níveis observados em 1999. Em janeiro de 2005 o então Presidente George
W. Bush assinou a lei de incentivo à produção e uso de biodiesel. Pela lei, a cada
1% de adição de biodiesel no óleo diesel o distribuidor recebe US$ 0,01/galão de
crédito tributário. Neste caso o uso de B20 foi a opção para atender a EO 13149.
Não há mistura obrigatória de biodiesel ao óleo diesel nos EUA, embora
tramite no senado norte-americano uma legislação prevendo um mandato federal de
adição de 2% de biodiesel de imediato, aumentando a mistura para 5% na próxima
década. Esta medida representa 8 bilhões de litros de biodiesel de imediato e 20
bilhões de litros de biodiesel no médio prazo. Enquanto alguns estados dos EUA
exigem o uso da mistura mínima, outros instituem o uso da mistura na frota pública e
alguns concedem incentivos fiscais. As misturas mais populares nos EUA são B2,
B10, B11 e B20, sendo esta última a mais comercializada (70%). Conforme dados
do Conselho Nacional de Biodiesel dos EUA (NBB), há alguns estados concedendo
incentivos fiscais, como é o caso do Estado de Illinois, onde o B11 custa menos na
bomba de combustível dos postos do que o óleo diesel de petróleo (B0). Em
Minnesotta o mínimo obrigatório é B2, enquanto em Washington até B2 pode ser
encontrado. A Fig. 7 apresenta os estados dos EUA, em destaque no mapa, que
adotaram iniciativas relacionadas ao uso do biodiesel.
45

Figura 7: Estados dos EUA com iniciativas relacionadas ao biodiesel.
Fonte: NATIONAL BIODIESEL BOARD, 2006, p.10.
Atualmente o maior obstáculo é manter o preço do biodiesel competitivo
devido ao elevado preço da soja. O aumento no uso do combustível e o
favorecimento de decisões políticas têm motivado um substancial aumento no
número de distribuidores e produtores de biodiesel nos EUA. Quanto ao número de
usinas, em 1995 havia apenas uma companhia produtora e distribuidora. Em 2003
eram registrados mais de 1100 distribuidores e 300 pontos de venda. Em 2004 havia
20 usinas e, de 2007 a 2008, o número de usinas passou de 90 para 160.
Em 2003, o NBB estimou que cerca de 80% do biodiesel produzido foi
utilizado como B20 por frotas estaduais, federais e governamentais. As estimativas
do NBB para 2003 também indicam que parte do biodiesel produzido foi utilizado em
misturas contendo 2% de biodiesel em diesel de petróleo (B2), sendo esta mistura
empregada principalmente pelos agricultores do centro-oeste. O restante do
biodiesel foi utilizado sem mistura (ou puro) por indivíduos ou entidades
ambientalmente conservadoras da cidade de Berkeley na Califórnia e proprietários
de automóveis da marca Volkswagen movidos a óleo diesel. (KNOTHE et al. 2006).
A distribuição do biodiesel está concentrada no centro-leste do país, sendo
escassa nas costas e áreas urbanas, uma vez que o biodiesel é muito utilizado por
caminhões e fazendeiros. Para a distribuição utiliza-se meio rodoviário (caminhões),
ferroviário e pontos de venda com misturas. Também, há estudos para avaliação da
viabilidade de distribuição do biodiesel por tubulações. Vale destacar o esforço extra
46

da cidade de São Francisco, estado da Califórnia que iniciou o uso do B20 em sua
frota cativa. O B20 vem sendo utilizado em 1.500 veículos usados pela
administração da cidade, maior frota do país, incluindo ambulâncias, veículos do
corpo de bombeiros e de atendimento aos aeroportos, caminhões de coleta de lixo e
ônibus municipais. As balsas que operam na região de São Francisco têm
apresentado bons resultados com o uso de B20. Encontra-se em vigor desde
25/04/2006 um decreto do Governador estabelecendo a meta de produzir e utilizar
um mínimo de 20% de biocombustíveis na Califórnia em 2010, 40% até 2020, e 75%
em 2050. Algumas bases militares, como a de porto Hueneme, estão construindo
unidades para a produção local de biodiesel a partir de óleos comestíveis usados
(óleo de fritura). Além disso, o B20 está sendo usado por todas as divisões das
forças armadas (Exército, Marinha, Forças Aéreas e Fuzileiros Navais) em várias
localidades dos EUA. (GAZZONI, 2008a). A Fig. 8 apresenta o crescimento na
produção de biodiesel nos EUA no período de 1999 a 2008.
Figura 8: Produção de biodiesel nos EUA.
Fonte: Gazzoni, 2008a.
2.6 Utilização de Óleos Vegetais como Combustível
É de conhecimento que os óleos vegetais e as gorduras animais já foram
pesquisados como combustíveis para motores do ciclo diesel muito tempo antes da
47

crise energética da década de 1970. Os primeiros anos da década de 1980
ampliaram o interesse nestes combustíveis alternativos. (KNOTHE et al. 2006).
Segundo Knothe et al. (2006), Rudolf Diesel (1858-1913) também teve
interesse neste tipo de combustível conforme citações em seus artigos históricos. As
afirmações de Diesel sobre o uso de óleos vegetais visavam prover subsídios para
as colônias tropicais européias, buscando torná-las auto-suficientes em aplicações
fundamentais como a geração de energia. Na década de 1940, vários países da
Europa demonstravam anseio por independência energética.
Os óleos vegetais também foram usados como combustíveis de emergência
durante a Segunda Guerra Mundial, dentre outras aplicações. Por exemplo, o Brasil
proibiu a exportação de óleo de algodão porque este produto poderia ser utilizado
para substituir as importações de óleo diesel. Na Argentina também foi reduzida a
importação de combustíveis líquidos, o que exigiu maior exploração comercial de
óleos vegetais. Há relatos que um navio de guerra japonês, denominado Yamato,
utilizou óleo de soja refinado como óleo combustível para os seus motores – óleo
“bunker”. (KNOTHE et al. 2006).
Knothe et al. (2006) relatam que foram desenvolvidos estudos com 14
diferentes tipos de oleaginosas no Brasil no ano de 1945. Os autores mencionam
ainda resultados obtidos de 20 diferentes tipos de óleos: mamona, sementes de uva,
milho, camelina, sementes de abóbora, semente de bétula, colza, lupin, ervilha,
semente de papoula, amendoim, cânhamo, linhaça, amêndoa, semente de girassol,
palma, azeitona, soja, caroço de algodão e manteiga de cacau.
2.7 Efeitos do Uso do Biodiesel nas Emissões de Poluentes
Souza Junior (2009) desenvolveu um simulador de motores baseado em uma
formulação termodinâmica (zero-dimensional), que simula as fases de compressão,
combustão e expansão de motores diesel de injeção direta, utilizando o biodiesel
como combustível alternativo ao óleo diesel mineral. Na simulação realizada foram
obtidas as curvas de pressão e temperatura no interior do cilindro, além do cálculo
dos parâmetros de desempenho do motor. O simulador foi validado em um banco de
provas utilizando um motor diesel monocilíndrico do fabricante Agrale, de quatro
48

tempos, utilizando como combustíveis diesel comercial (B3) e misturas parciais de
diesel comercial e biodiesel (B10, B20 e B50) até o uso de biodiesel puro (B100). Na
bancada de testes também foram feitas medições dos gases de descarga (O2, CO2,
CO, NOX e HC) para cada um dos combustíveis utilizados. Segundo o autor, os
testes experimentais demonstraram redução significativa nos gases de descarga. Os
níveis de CO tiveram uma redução de 67 % em relação a utilização do combustível
B3 quando se utilizou o B100. Os gases não poluentes, O2 e CO2, foram reduzidos
em cerca de 5 % e 15 %, respectivamente, utilizando o B100. Os níveis de HC
obtiveram reduções significativas, chegando a reduções de 47 % na utilização de
B10. Os níveis utilizando o B20, B50 e B100 reduziram em 39%, 33% e 17%,
respectivamente. Entretanto, os níveis de óxidos de nitrogênio (NOX) aumentaram
com o uso do B100 em cerca de 65% em relação ao B3.
Fernando, Hall e Jha (2006) realizaram um estudo com o objetivo de revisar a
cinética de formação de óxidos de nitrogênio (NOX) durante a combustão. Os
autores também fizeram uma revisão crítica das técnicas atuais para redução da
formação de NOX com a utilização de biodiesel. Os óxidos de nitrogênio podem ser
formados a partir do nitrogênio contido quimicamente no combustível combinado
com o excesso de oxigênio durante o processo de combustão. Este tipo de formação
de NOX não é prevalente com o biodiesel devido a este possuir uma concentração
média de nitrogênio da ordem de 0,02%. Ainda conforme os autores, o biodiesel
produzido a partir de óleos vegetais inerentemente não contém qualquer nitrogênio.
Fernando, Hall e Jha (2006) citam que um dos modos mais eficientes para
reduzir NOX é a redução da temperatura no interior do cilindro do motor. Os óxidos
de nitrogênio são formados em quantidades significativas a partir de 1500ºC,
aumentando rapidamente com o incremento da temperatura. A temperatura da
chama do óleo diesel é cerca de 2000 ºC, ou seja, 500ºC acima do limite citado
anteriormente. O método mais comum para a redução da temperatura da câmara de
combustão do motor é a utilização do sistema de recirculação de gases de exaustão
(E.G.R.). Este sistema utiliza uma proporção de cerca de 10 a 25% dos gases de
exaustão e a conduz de volta à admissão do motor. O calor da combustão é usado
parcialmente para aquecer o gás de exaustão, que é essencialmente inerte,
resultando em uma pequena perda de potência e uma diminuição de mais de 80%
nas emissões de NOX.
49

As emissões de NOX podem ser reduzidas utilizando um conversor catalítico
de três vias (FERNANDO; HALL; JHA, 2006). O conversor catalítico converte NOX
em nitrogênio (N2), monóxido de carbono (CO) em dióxido de carbono (CO2) e
hidrocarbonetos não-queimados (HC) em água (H2O). Contudo, os materiais
utilizados incluem platina (Pt), paládio (Pd) e ródio (Rd), de elevado custo para a
utilização em componentes veiculares. Os conversores catalíticos apresentam
melhor eficiência sob condições estequiométricas da relação ar-combustível, que no
caso do motor diesel é de 14,7:1. Motores diesel normalmente operam com mistura
combustível/ar pobre, reduzindo sua eficiência na conversão de NOX.
Adicionalmente, os conversores catalíticos apresentam maior eficiência sob altas
temperaturas. Em motores diesel a temperatura do gás de exaustão é mais baixa do
que o observado em motores a gasolina, fazendo com que os conversores
catalíticos sejam menos efetivos em motores diesel.
Outro método utilizado para a redução de NOX é a redução seletiva catalítica
(SCR), que envolve a injeção de amônia na presença de um catalisador e resulta em
reduções de NOX de até 90% (FERNANDO; HALL; JHA, 2006). A redução não-
catalítica seletiva utiliza a injeção de um agente redutor de NOX, como amônia ou
uréia, em um aquecedor dos gases de exaustão a uma temperatura de cerca de
1000 ºC na ausência de qualquer catalisador. A amônia ou uréia quebra o NOX em
água e nitrogênio atmosférico, podendo reduzir em até 70% as emissões de NOX.
A emulsão de combustível-água resulta em redução das emissões de NOX
com baixo custo, sem mudanças significativas no projeto e sem efeitos adversos na
confiabilidade do motor. Contudo, o uso de emulsões de combustível-água em um
sistema convencional de injeção pode causar problemas associados com baixa
lubricidade.
Alguns métodos para redução de NOX envolvendo mudanças no processo de
combustão são: diminuição do cruzamento de válvulas e uso de sistemas eletrônicos
de injeção Common-Rail. Um cruzamento de válvulas elevado auxilia a limpeza da
câmara de combustão, expulsando os gases residuais para a descarga. O sistema
Common Rail permite otimizar a combustão através do ajuste da pressão e do
ângulo de injeção de forma independente. De acordo com Fernando, Hall e Jha
(2006) foi obtida uma relação linear entre ângulo de injeção e as emissões de NOX
independentemente da mistura óleo diesel-biodiesel utilizada.
50

Canakci (2007) realizou um estudo comparativo das características da
combustão e das emissões de dois diferentes tipos de óleo diesel e do biodiesel de
soja. O objetivo do estudo foi caracterizar o efeito das propriedades do biodiesel nas
características da combustão, desempenho e emissões na exaustão de um motor
diesel. Os testes foram realizados em condições estabilizadas em um motor diesel
de quatro cilindros em linha, alimentado por injeção direta, turbo-compressor e
operando em plena carga na rotação de 1400 rev/min. Os experimentos
demonstraram que o uso do biodiesel gera reduções significativas nas emissões de
material particulado, CO e HC. Contudo, o biodiesel provocou um aumento de 11,2%
nas emissões de NOX e de 13,8% no consumo específico de combustível.
Kegl (2008a) descreve a influência do biodiesel de canola na injeção do
combustível, no jato e nas características do motor com o objetivo de reduzir as
emissões de poluentes. O motor diesel utilizado apresentava um sistema de injeção
mecânico para aplicação em ônibus testado em vários regimes de operação. Os
resultados indicam que o uso de biodiesel pode reduzir as emissões de NOX, CO,
HC e material particulado através do apropriado ajuste de avanço da bomba de
injeção de combustível.
Senatore et al. (2008) realizaram uma análise detalhada da combustão em
um moderno motor diesel utilizando biodiesel. Demonstrou-se como a otimização
dos parâmetros da unidade de controle eletrônico (ECU) poderia ser aplicada a um
motor diesel abastecido com combustíveis de diferentes características físico-
químicas. O processo de otimização do desempenho do motor foi realizado
considerando o menor poder calorífico inferior e a rápida combustão do biodiesel. Os
autores salientam que a calibração da ECU foi feita com incremento no parâmetro
relativo à quantidade de combustível injetada. Foram modificados os parâmetros de
avanço de injeção e aumentados os níveis de EGR, de modo a obter uma relação
satisfatória entre CO e NOX.
Kegl (2008b) realizou análise numérica e experimental a respeito da influência
da temperatura do combustível no processo de injeção. Foi utilizado um motor diesel
com controle mecânico do sistema de alimentação para aplicação em ônibus. Os
combustíveis utilizados foram o biodiesel de canola e o óleo diesel mineral. Os
resultados experimentais demonstram que o consumo de combustível, a duração da
injeção de combustível e a pressão de injeção aumentam com a queda da
temperatura do combustível. Quando foi usado B100, a redução do volume de vapor
51

juntamente com a elevada velocidade do som conduziu a um menor atraso na
injeção, especialmente sob baixas temperaturas. A distribuição do combustível B100
entre o conjunto de injetores tornou-se desigual em temperaturas compreendidas
entre –3°C (marcha lenta) e -7°C (região de torque máximo). O autor sugere que o
uso do B100 pode requerer o aquecimento do combustível de modo a evitar tais
efeitos negativos.
Segundo Laforgia e Ardito (1994) o biodiesel pode substituir o óleo diesel
derivado petróleo sem alterações substanciais no motor e no seu desempenho.
Foram realizados testes de performance e emissões de poluentes com amostras de
óleo diesel padrão, biodiesel puro (B100) e mistura de biodiesel com 10% de
metanol. Utilizou-se um motor diesel de produção com regulagem do avanço de
injeção conforme especificado pelo fabricante. Ao utilizar o combustível B100 e a
mistura metanol-biodiesel em regimes de carga elevada foi verificada pelos autores
uma perda de 5% na potência do motor, atribuída ao menor poder calorífico destes
combustíveis em relação ao óleo diesel mineral. Também foi observado um aumento
do consumo específico de combustível e um ganho na eficiência térmica de cerca de
10% ao utilizar o B100 e o metanol-diesel.
Laforgia e Ardito (1994) constataram a necessidade de aumento no período
da combustão ao se utilizar tais biocombustíveis. O avanço de injeção foi variado de
modo a aumentar a pressão na câmara de combustão sem geração excessiva da
emissão de combustível não queimado. Um avanço 30% maior que o ajuste padrão
especificado pelo fabricante do motor mostrou-se o valor otimizado para o uso dos
biocombustíveis. Os resultados indicaram um aumento de 20% na emissão de CO
com o uso de metanol-diesel e, com o uso de B100, nenhuma variação foi notada.
Hidrocarbonetos não queimados tiveram um pequeno incremento, e a opacidade foi
reduzida em 67% com B100 e 52% com metanol-diesel. Os autores recomendam a
realização de testes para verificação das emissões de NOX.
2.8 Efeitos da Adição de Etanol ao Óleo Diesel
De acordo com He et al. (2003) o uso de aditivos promove a estabilidade e a
homogeneidade da mistura etanol-óleo diesel. O uso de um aditivo elevador do
52

número de cetano da mistura favorece os efeitos nas propriedades físico-químicos
relacionadas à ignição e à combustão das misturas com 10% a 30% de etanol por
volume. Com o aumento da concentração de etanol na mistura as seguintes
propriedades se reduzem: densidade, número de cetano, viscosidade cinemática,
poder calorífico superior e frações de aromáticos. Os efeitos do uso do etanol
também são observados na temperatura de destilação. A redução da emissão de
material particulado devido à introdução de compostos oxigenados depende da
estrutura molecular, do conteúdo de oxigênio do combustível e da concentração
local de oxigênio no jato de combustível.
O etanol puro como aditivo para redução do número do cetano, pode
rapidamente reduzir o material particulado (HE et al. 2003). O potencial do etanol em
reduzir a emissão de material particulado aumenta a flexibilidade de controle de
emissão de NOX em diferentes condições de operação do motor. Outros benefícios
associados ao uso do etanol misturado com o óleo diesel incluem o aumento da
biodegradabilidade e a redução nas emissões de gases de efeito estufa caso o
etanol seja produzido a partir da biomassa. Porém, em um estágio inicial, o aumento
no consumo de combustível e a baixa qualidade da ignição são as principais
barreiras para aplicação do etanol em motores diesel.
He et. al. (2003) utilizou um motor diesel para analisar os efeitos do etanol
nas emissões regulamentadas, como material particulado, THC, CO, NOX, e nas
emissões não regulamentadas, como CO2, acetaldeído e etanol não queimado.
Para a pesquisa foi utilizado um aditivo solvente de modo a prevenir a
separação de fases das misturas etanol-diesel e um aditivo elevador do número de
cetano. Foi utilizado óleo diesel puro, denominado de E0, e misturas contendo 10%
e 30% de etanol anidro (99,7% etanol + 0,3% água) por volume, sendo denominadas
de E10 e E30, respectivamente. O E30 sem aditivos manteve-se estável somente
por 1h a temperatura de aproximadamente 0ºC. Observou-se que, à medida que a
proporção de etanol na mistura aumenta o conteúdo de oxigenados aumenta e a
fração de aromáticos, viscosidade, densidade e calor específico superior diminuem.
O uso de aditivos pode assegurar boa partida a frio, reduzido ruído e longa
durabilidade para o motor.
Os impactos do etanol nas emissões variam com o regime de operação do
motor, conteúdo de etanol e aditivos utilizados (HE et al. 2003, p. 4970). Em
elevados regimes de carga, a mistura de etanol-óleo diesel tem fortes efeitos nas
53

emissões de material particulado, NOX, acetaldeído e álcool não queimado. Com o
aumento da concentração de etanol, há redução nas emissões de material
particulado, NOX e CO2, enquanto as emissões de CO, acetaldeído e combustível
não queimado aumentam sob uma mesma condição de operação. Em baixas cargas
de operação, as misturas mostraram ligeiro efeito na redução de material particulado
e fumaça. Com a utilização de aditivos e um melhorador de ignição, as emissões de
CO, acetaldeído e combustível não queimado puderam ser moderadamente
reduzidas. As emissões de THC foram significativamente reduzidas, a níveis até
menores do que os obtidos com E0 sob operação do motor em baixas cargas.
As emissões de etanol não queimado do motor diesel são maiores que
aquelas obtidas com um motor com ignição por centelha para as mesmas
concentrações de etanol e as mesmas cargas (HE et al. 2003). Embora as emissões
de acetaldeído na exaustão do motor com ignição por centelha antes do catalisador
são maiores que aquelas do motor diesel sob as mesmas condições de operação.
Contudo, depois do conversor catalítico de três vias baseado em platina/ródio, as
emissões de acetaldeído são menores para o motor com ignição por centelha.
Os efeitos da adição de etanol ao óleo diesel no consumo específico de
combustível e no consumo especifico de energia também foram investigados por He
et al. (2003). Os resultados indicaram que, com o incremento de etanol na mistura, o
consumo específico de energia se reduz levemente e a duração da combustão
diminui. Entretanto, a taxa de calor liberado, o retardo da ignição e o consumo
específico de combustível aumentam.
De acordo com Hansen et al. (2004) a adição de etanol ao óleo diesel afeta
propriedades importantes tais como a estabilidade da mistura, viscosidade,
lubricidade, conteúdo energético e número de cetano. A compatibilidade dos
materiais e corrosividade também são fatores importantes que necessitam ser
considerados, assim como o ponto de fulgor (“flashpoint”) e a biodegradabilidade.
Merritt et al. (2005) fizeram um estudo comparativo de emissões reguladas e
não reguladas na exaustão de veículos fora-de-estrada operando com misturas de
etanol e óleo diesel. Duas amostras de óleo diesel (400ppm de enxofre) e três
misturas com 7,7%, 10% e 15% de etanol em volume no óleo diesel foram usadas.
Três veículos fora-estrada com motores de 6,8, 8,1, e 12,5 litros de volume
deslocado, com diferentes sistemas de injeção de combustível, foram empregados.
Além de hidrocarbonetos totais, NOX, CO, CO2 e material particulado, foram
54

quantificados os hidrocarbonetos individuais, aldeídos, cetonas, álcool,
hidrocarbonetos aromáticos polinucleares (PAH), 1-nitropireno e fração orgânica
solúvel (SOF) de particulado. A crescente concentração de etanol na mistura
aumentou as emissões de acetaldeído de 2,39% até 27%.
Para Lapuerta et al. (2008) o uso da mistura de bioetanol anidro com óleo
diesel apresenta vantagens, tais como a potencial redução de emissão de material
particulado sem relevante aumento das emissões gasosas. Os autores ressaltam as
seguintes limitações do uso da mistura de etanol-óleo diesel, tratado como e-diesel:
menor viscosidade e lubricidade, atraso na ignição devido à redução no número de
cetano, elevação da volatibilidade e miscibilidade inferior. Tais limitações são
restabelecidas pelo uso de aditivos ampliadores do número de cetano e solventes.
Os autores realizaram experimentos em que nenhum aditivo foi adicionado e
nenhuma modificação foi feita no motor diesel empregado. Utilizou-se 10% de álcool
anidro no óleo diesel e evitou-se a separação de fases durante os testes.
Devido ao menor poder calorífico, o e-diesel apresentou um aumento de
consumo em respeito ao óleo diesel de petróleo convencional (LAPUERTA et al.
2008). Porém esse aumento é reduzido à medida que o torque é aumentado,
permitindo um aumento na eficiência térmica. Também foi constatada uma redução
na opacidade do gás de exaustão e na emissão de material particulado. Não foram
encontradas diferenças significativas nas emissões de NOX. Esse efeito é explicado
pelo elevado calor de vaporização do álcool, que causa um resfriamento local e até
uma extinção da chama quando a temperatura da câmara de combustão está
relativamente baixa. O efeito é desconsiderado em regime de operação em média e
alta carga. Não houve diferenças significativas no pico de pressão e na temperatura
média na câmara de combustão, sugerindo que o uso de e-diesel não causaria
problemas de ordem térmica ou mecânica.
Lapuerta et al. (2008) também constataram um ligeiro aumento do atraso da
ignição quando o e-diesel foi utilizado, sendo tal resultado coerente com o menor
número de cetano desse combustível. Os autores ressaltam que tal diferença se
torna menor à medida que há um aumento da carga, em que a elevação da
temperatura da câmara de combustão provavelmente minimiza o efeito do número
de cetano. Os autores concluem que o uso do e-diesel pode causar ligeira melhoria
na eficiência do motor em relação ao uso do óleo diesel convencional devido ao
aumento da velocidade de difusão da chama, que compensa o atraso da ignição.
55

Uma análise detalhada da combustão a partir da pressão no cilindro do motor mostra
que não são necessárias intervenções na calibração do sistema de injeção quando a
mistura de e-diesel conter até 10% de etanol.
2.9 Estabilidade da Mistura Etanol-Óleo Diesel
Lapuerta et al. (2007) estudaram os principais fatores que influenciam na
estabilidade da mistura de etanol-óleo diesel, ou e-diesel, como citado no texto
anteriormente. Os autores afirmam que o bioetanol é um combustível atrativo devido
à sua origem renovável e ao elevado conteúdo de oxigênio, mas não é possível ser
utilizado diretamente em motores diesel. Os autores também ressaltam que o e-
diesel tem, no mínimo, o mesmo potencial de redução da emissão de material
particulado que o biodiesel, além do seu custo de produção ser muito menor. A
principal desvantagem do e-diesel é que o etanol é imiscível com o óleo diesel em
uma ampla faixa de temperaturas, conduzindo a uma separação de fases entre
estes combustíveis. Por essa razão torna-se necessário o uso de surfactantes e
aditivos co-solventes no e-diesel.
Lapuerta et al. (2007) salientam que há três fatores principais que influenciam
a estabilidade do e-diesel: temperatura, conteúdo de água e conteúdo inicial de
etanol. A presença de água na mistura etanol-óleo diesel, baixas temperaturas e
elevado conteúdo de etanol favorecem a separação de fases, enquanto o uso de
aditivos conduz a um efeito contrário. É provado que o uso de álcool anidro (livre de
água) possui boa miscibilidade com o óleo diesel a temperatura ambiente em países
de clima quente. A separação de fases se inicia quando a mistura é dopada com
água ou quando a temperatura cai abaixo de 10ºC. As condições mais usuais que
causam a separação de fases neste caso são: baixas temperaturas, ambiente com
elevada umidade e contaminação por água em tanques de armazenamento ou
dutos.
A separação de fases de uma mistura instável consiste dos seguintes
estágios: turbidez inicial, aparência de interface e deslocamento da interface até o
equilíbrio (LAPUERTA et al. 2007).
56

Inicialmente a amostra rapidamente se torna em uma fase turva, sem
distinção entre as duas fases. Esta turbidez é o primeiro sintoma de uma amostra
instável, previamente à separação de fase, mas há condições de umidade e
temperatura (no limite da estabilidade) na qual a turbidez inicial permanece
inalterada. A seguir, uma fase mais transparente na parte superior da mistura é
distinguida, correspondendo a uma fase menos densa (bioetanol). A fase seguinte à
interface mantém a turbidez. Finalmente, a espessura da fase de etanol aumenta,
movendo a interface em direção à parte inferior até uma posição de equilíbrio, ao
passo que a fase do óleo diesel torna-se transparente.
Em alguns casos a separação de fases não tem ponto exato se os perfis não
estão superpostos (LAPUERTA et al. 2007). Isto ocorre porque a turbidez inicial
desaparece com o tempo. Este efeito é tipicamente observado quando as condições
estão no limite da estabilidade. Os autores constataram que, à medida que a
temperatura diminui menor concentração de etanol é necessária para a separação
das fases. A presença de água e aditivos também afetou a solubilidade do álcool no
óleo diesel. À medida que a temperatura aumenta a solubilidade também aumenta e
a mistura se torna mais estável. O uso de aditivos gerou efeitos contrários em ambos
os casos, no que diz respeito ao etanol e à água.
Lapuerta et al. (2007) afirmam que misturas de até 10% em volume de etanol
em óleo diesel podem ser usadas em motores diesel em países onde raramente a
temperatura no inverno cai abaixo de –5ºC, tal como o Brasil. Os autores destacam
que deve ser tomada precaução quanto à contaminação por água. O uso de aditivos
pode possibilitar o aumento do conteúdo de etanol na mistura, estender a aplicação
da mistura a áreas geográficas que compreendem países de clima frio ou ampliar a
margem de segurança para evitar a separação de fases.
Hansen et al. (2004) salientam que a solubilidade do etanol no óleo diesel e
afetada principalmente por dois fatores: temperatura ambiente e conteúdo de água
na mistura. Em temperaturas ambientes elevadas o etanol mistura prontamente com
o óleo diesel. Contudo, sob temperaturas abaixo de 10°C, os dois combustíveis se
separam. Esta temperatura limite é facilmente atingida em muitas partes do mundo
em um longo período do ano. Os autores citam que a prevenção desta separação
pode ser realizada por dois modos: pela adição de um emulsificador que age de
modo a suspender pequenas gotas de etanol contidas dentro do óleo diesel ou pela
adição de um co-solvente que age como uma ponte através da compatibilidade
57

molecular, unindo as fases para a produção de uma mistura homogênea. O
processo de emulsificação usualmente requer aquecimento e passos para gerar a
mistura final, enquanto co-solventes permitem simplificar a obtenção da mistura. Os
autores afirmam que o conteúdo aromático do óleo diesel também afeta a
solubilidade do álcool na mistura e, por conseqüência, a efetividade dos
emulsificadores e co-solventes.
2.10 Uso de Aditivos em Combustíveis para Motores Diesel
Ribeiro et al. (2007) estudaram os aditivos que visam diminuir os
inconvenientes do uso de biocombustíveis misturados ao óleo diesel e possibilitar o
atendimento às especificações tais como ASTM D 6751 (ASTM, 2009p) e CEN
14214 (CEN, 2008). Os autores destacam duas tendências que estão se tornando
mais relevantes: a redução progressiva do enxofre e o aumento do uso de
biocombustíveis. Os autores citam que um dos maiores inconvenientes relativos ao
uso de misturas com biocombustíveis é a tendência de aumento das emissões de
NOX. Outro inconveniente é a redução nos intervalos de reposição de componentes
do motor, tais como filtros de combustíveis, que são degradados pela exposição
crônica de depósitos de verniz no tanque e nas tubulações de combustível.
Ribeiro et al. (2007) ressaltam que os aditivos melhoram a ignição, a
eficiência da combustão e a estabilização das misturas dos combustíveis. Além
disso, os aditivos protegem o motor da abrasão e deposição de ceras e reduzem as
emissões de poluentes, entre outras melhorias. Composições de vários aditivos
podem ser empregadas, contanto que mantenham as funções químicas básicas que
são ativas. Misturas de óleo diesel e biodiesel usualmente requerem aditivos para
melhorar a lubricidade, estabilidade e eficiência da combustão através do aumento
do número de cetano. Misturas de óleo diesel e etanol (e-diesel) usualmente
requerem aditivos para aumentar a miscibilidade e reduzir a detonação.
Conforme Ribeiro et al. (2007) um aditivo relevante é o grupo de compostos
oxigenados. Alguns compostos oxigenados que são utilizados é o etanol, biodiesel,
a mistura de etanol e metanol, ésteres acetoacéticos e ésteres de ácido
dicarboxílicos, monoacetato de etileno glicol, dimetil éter (DME) e dimetil carbonato
58

(DMC), entre outros. Aditivos oxigenados têm sido considerados para a redução da
temperatura de ignição e a emissão de particulados. A presença de certos aditivos
oxigenados (etanol, entre outros) resulta na formação de um filme lubrificante com
benéfica propriedade anti-desgaste.
O aumento da volatilidade da mistura também é aparente, como o
abaixamento do ponto de fulgor (flash point) à temperatura ambiente. Este
parâmetro não tem efeito direto no desempenho do motor, porém está previsto na
legislação quanto ao seu manuseio do combustível. De acordo com Ribeiro et al.
(2007), através do aumento da concentração de etanol há uma redução no número
de cetano e um aumento de hidrocarbonetos que conduzem a uma redução na
emissão de CO de até 20% em relação ao óleo diesel sem tal aditivo.
Hansen et al. (2005) também mencionam que o aumento da concentração de
etanol no óleo diesel provoca a diminuição proporcional do número de cetano da
mistura. Os autores estimaram que o número de cetano do etanol está
compreendido entre 5 e 15.
He et al. (2003) verificaram que o teor de etanol de 30% na mistura com o
óleo diesel equivale ao número de cetano igual a 26. Com a concentração de 10%
de etanol, a mistura apresentou um número de cetano igual a 44. O óleo diesel puro
apresentava número de cetano 50.
59

3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Neste capítulo são apresentadas as características do óleo diesel mineral, do
biodiesel e do etanol, assim como definições vinculadas ao desempenho do motor
térmico na partida a frio sub-zero, ao consumo de combustível e à emissão de gases
poluentes na exaustão do motor.
3.1 Características do biodiesel, óleo diesel e etanol
De acordo com Basshuysen e Schaefer (1995), a qualidade do combustível
afeta as emissões de motores diesel mais diretamente do que as emissões de
motores com ignição por centelha, especialmente HC, CO e material particulado.
Dependendo da composição e das características do óleo diesel, as maiores
diferenças são notadas na formação da mistura, na combustão e,
consequentemente, nos produtos formados. Os critérios de qualidade do
combustível diesel requerem baixa densidade, baixos teores de enxofre e de
compostos aromáticos e elevado número de cetano. Os requisitos para o controle de
emissões de poluentes contrastam com as demandas de potência do motor e
economia de combustível, uma vez que densidade elevada equivale a elevado
conteúdo de aromáticos, que provoca baixa qualidade de ignição. O conteúdo
elevado de substâncias aromáticas no combustível reduz sua qualidade de ignição
e, ao mesmo tempo, as emissões de material particulado. Se o conteúdo de
aromáticos no combustível é reduzido, as emissões de material particulado tornam-
se uma função forte do número de cetano.
Vários estudos têm demonstrado que as características do biodiesel são
muito próximas às do óleo diesel. Pelas semelhanças de propriedades
fluidodinâmicas e termodinâmicas, o biodiesel e o óleo diesel do petróleo possuem
características equivalentes, especialmente sob os aspectos da combustibilidade em
motores do ciclo diesel. Knothe et al. (2006) salientam que a propriedade do
combustível que melhor demonstra esta compatibilidade é o número de cetano.
Além da qualidade de ignição expressa pelo número de cetano, muitas outras
propriedades são igualmente importantes para demonstrar a adequação do biodiesel
60

como combustível alternativo. O calor de combustão, o ponto de fluidez, a
viscosidade cinemática, a estabilidade à oxidação e a lubricidade estão entre as
propriedades mais importantes. Portanto, o desempenho e o consumo de
combustível são praticamente equivalentes, sem que haja necessidade de grandes
adequações dos motores para funcionar regularmente com óleo diesel de petróleo
ou biodiesel.
Demonstra-se que o uso do biodiesel causa a redução da maior parte dos
gases presentes nas emissões de motores diesel (KNOTHE et al. 2006). Segundo
Degobert (1995), as emissões obtidas com óleos vegetais e ésteres mostram os
seguintes resultados:
− As emissões de CO são menores com ésteres e maiores com óleos vegetais.
− As emissões de NOX são praticamente as mesmas com óleo diesel mineral,
óleos vegetais e seus ésteres.
− Comparando com o óleo diesel mineral, as emissões de hidrocarbonetos não-
queimado são maiores com óleo de colza, menores com metil-oleato e
idênticas com ésteres de óleo de colza.
− Medições de aldeídos mostram que uma global mutiplicação por 4 e por 7
para o caso específico de acroleína com óleo de colza. Com os ésteres deste
último as emissões de aldeídos são baixas, comparáveis às do óleo diesel
mineral.
− As emissões de fumaça são reduzidas quando comparadas com o óleo diesel
mineral para ambos, o óleo vegetal e seus ésteres.
Pela equivalência de suas propriedades físico-químicas, o biodiesel e o óleo
diesel mineral são miscíveis. As misturas de biodiesel com o óleo diesel mineral
podem ser empregadas em qualquer proporção. Esta condição é vantajosa,
especialmente quando comparado com o etanol hidratado. Três fatores principais
influenciam a estabilidade da mistura do etanol ao óleo diesel ou ao biodiesel:
temperatura, conteúdo de água no etanol e concentração de etanol hidratado na
mistura. A presença de água na mistura etanol-óleo diesel, baixas temperaturas e
elevado conteúdo de etanol favorecem a separação de fases, podendo requerer o
uso de aditivos para produzir um efeito contrário. É provado que o álcool anidro (teor
de água inferior a 2%) possui boa miscibilidade com o óleo diesel a temperatura
61

ambiente em países de clima quente. A separação de fases se inicia quando a
temperatura cai abaixo de 10ºC.
Conforme a legislação vigente, o teor máximo permitido de água no
combustível diesel é de 0,05% em base volumétrica. O álcool etílico hidratado possui
de 6,4 a 7,4% de água em sua composição. Tal utilização produz efeitos negativos
em termos de funcionamento do motor, uma vez que reduz a lubricidade bem como
favorece a separação de fases entre os combustíveis. Outro fator que agrava a
utilização do álcool etílico hidratado é o seu reduzido poder calorífico, o que impacta
em um aumento do consumo de combustível. De acordo com Hansen et al. (2004), a
adição de etanol ao óleo diesel afeta ainda propriedades importantes tais como a
estabilidade da mistura, viscosidade e lubricidade. A compatibilidade dos materiais e
corrosividade também seriam fatores importantes que necessitariam serem
considerados, assim como o ponto de fulgor (“flashpoint”) e a biodegradabilidade.
Por outro lado, espera-se que, com o aumento do conteúdo de etanol na
mistura com óleo diesel, ocorra uma redução das emissões de NOX. O elevado calor
de vaporização do etanol resulta em redução dos picos de temperatura na
combustão, reduzindo a geração de NOx. Uma consequência da redução de NOX é
flexIbilidade no controle de material particulado, uma vez que o balanço
“NOX/Material Particulado” pode ser otimizado no processo de desenvolvimento de
um motor diesel. Outra influência esperada com a adição de etanol na mistura óleo
diesel-biodiesel é a redução nas emissões de CO2, considerando a baixa relação
C/H e elevado conteúdo de oxigênio do etanol.
3.2 Propriedades físico-químicas dos combustíveis
A combustibilidade de um combustível diz respeito ao seu grau de facilidade
para realizar a combustão no motor de forma adequada. Em motores diesel a
combustibilidade relaciona-se principalmente ao poder calorífico e ao número de
cetano do combustível. A viscosidade cinemática e a tensão superficial, pelo fato de
definirem a qualidade de pulverização na injeção do combustível, participam também
como fatores de qualidade da combustão. Tais propriedades exercem grande
influência na circulação e na injeção do combustível.
62

O teor de enxofre e o teor de hidrocarbonetos aromáticos no combustível são
características importantes inerentes aos impactos nas emissões. A compatibilidade
ao uso diz respeito à longevidade do motor e dos seus componentes periféricos,
representada pela lubricidade e pela corrosividade. Esta última é definida
principalmente pelo teor de enxofre e pela acidez do combustível.
A compatibilidade ao manuseio diz respeito ao transporte, ao armazenamento
e à distribuição do combustível. A corrosividade, a toxidez e o ponto de fulgor as
propriedades mais importantes neste item. Em países de clima mais frio o ponto de
fluidez torna-se também uma importante propriedade, sinalizando para a adição de
aditivos anticongelantes.
O combustível diesel é produzido de modo a atender a requisitos específicos
de qualidade. Tais requisitos visam garantir que o produto apresente condições de
suportar todas as exigências necessárias ao bom funcionamento dos motores diesel,
inclusive a de manter um baixo nível de emissão de poluentes. As especificações
técnicas dos combustíveis óleo diesel metropolitano S500, S50, do biodiesel (B100),
e do etanol combustível estão contidas nos Anexos C a G. A seguir são
apresentadas as descrições das principais características previstas nas
especificações do combustível diesel, seus significados e sua influência no
funcionamento dos motores.
3.2.1 Aspecto
A observação do aspecto do combustível é o teste que permite que se
obtenha uma rápida indicação visual da sua qualidade, possibilitando a identificação
de contaminantes no produto. O combustível diesel deve apresentar-se límpido e
isento de materiais em suspensão como água, borra, material arenoso, ferrugem e
material sólido em geral. Estes contaminantes, quando presentes, podem reduzir a
vida útil dos filtros dos veículos e de equipamentos, além de prejudicar o
funcionamento dos motores. O método para determinação do aspecto é descrito
pelas normas NBR 14954 (ABNT, 2003) e ASTM D 4176 (ASTM, 2009).
63

3.2.2 Cor
Este item corresponde à avaliação da cor característica do produto.
Alterações na mesma podem ser um indicativo de problemas no processo produtivo,
contaminação ou degradação. Esta última ocorre quando o óleo diesel é estocado
por longos períodos, ficando exposto a temperaturas acima do ambiente ou quando
está contaminado por material estranho ao produto, como ferrugem proveniente da
corrosão dos tanques de armazenagem. O método para determinação da cor é
descrito pelas normas NBR 14483 (ABNT, 2008) e ASTM D 1500 (ASTM, 2001).
3.2.3 Destilação
A destilação descreve o estágio final do processo de evaporação, quando do
gotejamento de um líquido de um condensador para um recipiente de coleta. Na
indústria do petróleo, a destilação é o processo de separação mais utilizado. Assim
como a gasolina, o óleo diesel é uma mistura de um grande número de
hidrocarbonetos cada um com seu próprio ponto de ebulição. O teste para obtenção
da curva de destilação tem como objetivo avaliar as características de volatilidade do
combustível, definindo-se a temperatura na qual uma parcela do produto
previamente na fase líquida se evapora. A curva de destilação do combustível é
determinada pelo método descrito nas normas NBR 9619 (ABNT, 2009) e ASTM D
86 (ASTM, 2009). A curva de destilação pode, de uma forma simplificada, ser
representada por três pontos: T10, T50 e T90 (ou T85). Estes são, respectivamente, as
temperaturas em que ocorre a vaporização de 10, 50 e 90% (ou 85%) do volume
inicial do combustível, caracterizando a volatilidade das frações leves, médias e
pesadas dos hidrocarbonetos presentes no combustível.Estas são, respectivamente,
as temperaturas em que ocorre a vaporização de 10%, 50% e 90% do volume inicial
do combustível, caracterizando a volatilidade das frações leves, médias e pesadas
dos hidrocarbonetos presentes no combustível.
64

3.2.3.1 Temperatura da destilação T10
A temperatura de destilação T10 é a temperatura na qual 10% do volume do
produto é destilado. A análise da temperatura T10 visa controlar o teor de frações de
leves de hidrocarbonetos. A temperatura de destilação T10 tem influência na partida
a frio e quente do motor, uma vez que favorece o processo de atomização do
combustível com o oxigênio. (KEITH, 1995).
3.2.3.2 Temperatura da destilação T50
A temperatura de destilação T50 é a temperatura na qual 50% do volume do
produto é destilado. A análise da temperatura T50 visa controlar a relação entre o
teor de frações de hidrocarbonetos leves e pesadas no produto. O controle deste
ponto da destilação contribui para um bom desempenho do motor durante a
operação em regime permanente e nas retomadas de velocidade. As características
dessa fração do combustível, seja gasolina ou óleo diesel, tem influência direta na
fase de aquecimento dos motores “warm-up”, pois a mesma está relacionada a
facilidade de ignição desse combustível. (KEITH, 1995).
3.2.3.3 Temperatura da destilação T85
A temperatura de destilação T85 é a temperatura na qual 85% do volume do
produto é destilado. A análise desta temperatura visa controlar o teor de frações
pesadas no combustível diesel com o objetivo de minimizar a formação de depósitos
no motor, as emissões gasosas de hidrocarbonetos não queimados e óxidos de
nitrogênio e a emissão de fumaça preta. (KEITH, 1995).
65

3.2.3.4 Temperatura da destilação T90
A temperatura de destilação T90 é a temperatura na qual 90% do volume do
produto é destilado. Esta análise visa controlar o teor de frações pesadas no
combustível, gasolina ou óleo diesel, com o objetivo de minimizar a formação de
depósitos no motor, as emissões gasosas de hidrocarbonetos não queimados, a
emissão de fumaça preta (motor diesel) e de óxidos de nitrogênio. A volatilidade das
frações pesadas também é responsável pela economia de combustível com o motor
quente. (KEITH, 1995).
3.2.4 Teor de enxofre
O teor de enxofre é um indicativo da concentração desse elemento no óleo
diesel, que se apresenta, principalmente, na forma de benzotiofenos e
dibenzotiofenos. O enxofre é um elemento indesejável em qualquer combustível
devido à ação corrosiva de seus compostos e à formação de gases tóxicos com o
SO2 (dióxido de enxofre) e SO3 (trióxido de enxofre) que ocorre durante o processo
de combustão. Na presença de água o trióxido de enxofre leva à formação de ácido
sulfúrico (H2SO4), que é altamente corrosivo para as partes metálicas dos
equipamentos e entornos, além de ser poluente. (PETROBRÁS, 2000).
3.2.5 Massa Específica a 20ºC
A massa específica é obtida na relação 20/4 ºC. Trata-se da relação entre a
massa específica do óleo diesel na temperatura de 20ºC e a massa específica da
água na temperatura de 4ºC. A massa específica é determinada pelo método
descrito pelas normas ASTM D 1298 (ASTM, 2009b), ASTM D 4052 (ASTM, 2009c)
e NBR 7148 (ABNT, 2001). Os motores são projetados para operar com
combustíveis em uma determinada faixa de massa específica, uma vez que o
66

sistema de injeção de combustível controla o volume injetado. Variações na massa
específica levam a uma significativa variação na massa de combustível injetada, que
dificulta a obtenção de uma mistura ar/combustível balanceada. Um valor de massa
específica elevado pode levar à produção de uma mistura ar/combustível rica, o que
aumenta a emissão de poluentes como hidrocarbonetos, monóxido de carbono e
material particulado. Valores baixos de massa específica podem favorecer a
formação de mistura pobre, o que leva a uma perda de potência do motor e a um
aumento no consumo de combustível. (PETROBRÁS, 2000).
3.2.6 Número de cetano
O número de cetano indica a tendência à ignição de um combustível para
motores diesel e tem influência direta na partida a frio do motor e no seu
funcionamento sob carga. O teste para determinação do número de cetano foi
desenvolvido na década de 1930 pelo CFR (Cooperative Fuel Research Commitee).
A determinação do número de cetano requer o uso de um motor monocilíndrico de
teste padrão (motor CFR), com razão de compressão variável, operando sob as
condições estabelecidas na norma técnica ASTM D613 (ASTM, 2009d).
Combustíveis com alto teor de parafinas apresentam alto número de cetano,
enquanto produtos ricos em hidrocarbonetos aromáticos apresentam baixo número
de cetano. Quanto maior for o número de cetano de um combustível, melhor será a
combustão desse combustível em um motor diesel.
Na determinação do número de cetano, o desempenho do óleo diesel é
comparado com o desempenho de uma mistura do cetano com o alfa-metil-
naftaleno. O n-hexadecano é um produto parafínico de fórmula química C16H34
conhecido comercialmente como cetano, ao qual é atribuído um número de cetano
igual a 100. O alfa-metil-naftaleno é um produto aromático com fórmula química
C10H7CH3, ao qual é atribuído um número de cetano igual a zero. Para exemplificar,
pode-se dizer que, se o óleo diesel apresenta um número de cetano igual a 45, seu
uso no motor atinge o mesmo desempenho (mesmo ângulo de atraso de ignição)
que aquele apresentado por uma mistura de 45% de cetano com 55% alfa-metil-
naftaleno. (PETROBRÁS, 2000).
67

Fisicamente o número de cetano se relaciona diretamente com o atraso da
ignição do combustível no motor. Quanto menor o número de cetano, maior será o
atraso da ignição. Consequentemente, a queima retardada gera uma quantidade de
energia superior àquela necessária no tempo em que ocorre, ocasionando um mau
funcionamento do motor. O pico de energia força o pistão a descer com velocidade
superior àquela requerida pelo sistema, provocando esforços anormais sobre o
pistão e podendo causar danos mecânicos e perda de potência. Valores baixos do
número de cetano acarretam dificuldade de partida a frio e formação de depósitos de
carbono nos pistões. (PETROBRÁS, 2000). Atualmente, o valor mínimo do número
de cetano do óleo diesel metropolitano e interior é 42. O número de cetano para o
óleo diesel S50 (teor de enxofre 50 ppm) é 46, conforme pode ser constatado nos
Anexos C e D.
Hansen et al. (2005) mencionam que o aumento da concentração de etanol
no óleo diesel provoca a diminuição do número de cetano da mistura. Estima-se que
o número de cetano do etanol esteja compreendido entre 5 e 15. He et al. (2003)
verificaram que o teor de etanol de 30% na mistura com o óleo diesel equivale ao
número de cetano igual a 26 (TAB. 2 ). Tal fato torna crítico o uso de concentrações
elevadas do álcool etílico hidratado em misturas com óleo diesel ou biodiesel. A
principal conseqüência negativa é o aumento no atraso da ignição.
TABELA 2: Variação do número de cetano com a concentração de etanol na mistura com o óleo
diesel.
3.2.7 Índice de cetano
TEOR DE ETANOL (%) NÚMERO DE CETANO
0 50
10 44
30 26
Fonte: He et al., 2003.
Assim como o número de cetano, o índice de cetano está ligado à qualidade
da ignição do óleo diesel. Alternativamente ao ensaio de Número de Cetano fica
permitida a determinação do Índice de Cetano calculado pelo método NBR 14759
68

(ABNT, 2007) e ASTM D 4737 (ABNT, 2009e), cuja especificação fica estabelecida
no valor mínimo de 45. Em caso de desacordo de resultados prevalecerá o valor do
Número de Cetano.
A Eq. (1) sumariza o cálculo do índice de cetano. Este é efetuado através da
equação das quatro variáveis, na qual é considerada a massa específica do
combustível medida a 15ºC e as temperaturas de destilação T10, T50 e T90.
IC =
45,
2
0,
901B
0,
00049
0,
0892(
T10
− 215)
+ 0,
131(
T50
− 260)
+ 0,
0523(
T90
− 310)
( T50
− 260)
− 0,
420B(
T90
− 310)
+ 0,
00049(
T10
2
− 215)
−
( T
2
2
− 310)
+ 107,
0B
+ 60,
0B
+
90
[ −3,
5
B e
( ρ−
0,
85
=
) ]
− 1
onde IC é o índice de cetano e ρ é a massa específica do combustível medida a
15ºC, em g/cm 3 .
3.2.8 Corrosividade ao cobre
O grau de corrosividade ao cobre fornece uma indicação do potencial de
corrosividade do combustível diesel. A corrosividade impacta diretamente sobre os
componentes metálicos e as ligas de cobre que fazem parte do sistema de
alimentação de combustível dos veículos e das instalações de armazenamento. A
corrosividade do cobre é normalmente associada à presença de enxofre elementar
(S°) e gás sulfídrico (H2S). O método para a realização do teste de corrosividade ao
cobre é definido pelas normas NBR 14359 (ABNT, 2005) e ASTM D130 (ASTM,
2009f). (PETROBRÁS, 2000).
3.2.9 Resíduo de carbono Ramsbottom
O teor do resíduo de carbono é obtido após a evaporação das frações voláteis
do combustível (resíduo dos 10% finais da destilação), quando este é submetido ao
+
69
(1)
(2)

aquecimento sob condições controladas. Considerando-se o combustível sem
aditivos, o teor de resíduo de carbono correlaciona-se com a quantidade de
depósitos que podem ser formados pelo óleo diesel na câmara de combustão.
Valores elevados de carbono podem levar à formação de uma quantidade
excessiva de resíduo na câmara de combustão, além de maior emissão de fumaça
pela exaustão e maior contaminação do óleo lubrificante por fuligem. O método para
a realização do teste é definido pelas normas NBR 14318 (ABNT, 1999) e ASTM
D524 (ABNT, 2009g). (PETROBRÁS, 2000).
3.2.10 Teor de água e sedimentos
Este item trata de uma avaliação do teor de água, de contaminantes sólidos
ou de partículas de material orgânico que se encontra em suspensão no produto e
que se sedimenta durante o teste. A presença destes contaminantes em níveis
superiores àqueles pré-fixados é altamente prejudicial ao óleo diesel, pois prejudica
sua combustão além de acelerar a saturação dos filtros de combustível e provocar
danos ao sistema de combustível. No sistema de armazenagem estes
contaminantes tendem a se depositar no fundo dos tanques e, se houver a presença
de água, favorece a deterioração do óleo diesel pelo desenvolvimento de colônias
de bactérias. O teor de água e sedimentos é determinado pelo método descrito
pelas normas ASTM D1796 (ASTM, 2009h) e NBR14647 (ABNT,
2001).(PETROBRÁS, 2000).
3.2.11 Teor de cinzas
O teor de cinzas corresponde à concentração de resíduos inorgânicos, não
combustíveis, apurado após a queima de uma amostra do produto. Esta avaliação
visa garantir que os sais ou óxidos metálicos não venham a causar depósitos em
uma quantidade que prejudique os pistões e a câmara de combustão. O ensaio
consiste na queima de uma determinada quantidade de amostra, seguida da
70

calcinação do resíduo desta queima. Após a calcinação, o material resultante é
quantificado como cinzas, possibilitando que se calcule o teor de cinzas do óleo
diesel. O teor de cinzas é determinado pelo método descrito pelas normas ASTM D
482 (ASTM, 2009i) e NBR 9842 (ABNT, 2009). (PETROBRÁS, 2000).
3.2.12 Viscosidade a 40ºC
A viscosidade é uma medida da resistência oferecida pelo fluido ao
escoamento. Seu controle no combustível visa permitir uma atomização adequada
durante a injeção do combustível e preservar a característica lubrificante do fluido.
Valores de viscosidade abaixo da faixa recomendada podem levar ao desgaste
excessivo nas partes lubrificadas do sistema de injeção, vazamento na bomba de
combustível e danos ao pistão do motor. Valores de viscosidade superiores à faixa
indicada ocasionam um aumento do trabalho da bomba de combustível, que operará
forçada e com maior desgaste. Outros efeitos devido à elevação da viscosidade do
combustível é a má atomização, a combustão incompleta e o aumento da fumaça
emitida na exaustão do veículo. A viscosidade é determinada pelos métodos
descritos nas normas ASTM D 445 (ASTM, 2009) e NBR 10441 (ABNT, 2007).
A maior razão para que óleos vegetais e gorduras animais devam ser
convertidos em alquil ésteres (biodiesel) é a viscosidade cinemática, buscando
aproximá-la daquela do óleo diesel do petróleo. Segundo Knothe et al. (2006) a
viscosidade cinemática de óleos vegetais é cerca de uma ordem de magnitude
superior à de combustíveis derivados do petróleo. A alta viscosidade de matérias-
primas graxas não transesterificadas causam a má atomização do combustível na
câmara de combustão, acarretando problemas operacionais nos motores diesel,
como a ocorrência de depósitos em várias partes internas do motor. Apesar de
alguns tipos de motores e sistemas de injeção poderem utilizar óleos vegetais não
transesterificados, a maior parte dos motores atualmente exige a utilização de
combustíveis com viscosidade inferior às dos óleos vegetais. As viscosidades
cinemáticas e dinâmicas dos combustíveis em estudo são apresentadas na Tab. 3.
Os dados demonstram que a adição do etanol ao óleo diesel ou à mistura com
71

iodiesel reduz a viscosidade cinemática, o que contribui para a atomização da
mistura ar-combustível no interior da câmara de combustão.
TABELA 3
Viscosidade cinemática e massa específica do etanol, óleo diesel e biodiesel.
COMBUSTÍVEL
VISCOSIDADE
CINEMÁTICA A
40ºC (mm 2 /s)
MASSA
ESPECÍFICA
A 20ºC (kg/m 3 )
Etanol anidro combustível (AEAC) 12 1,36 791,5
Óleo diesel mineral (S500) 23 2-5 820-865
Óleo diesel mineral (S50) 34 2-5 820-850
Biodiesel (B100) 45 3-6 850-900
3.2.13 Ponto de entupimento de filtro a frio
O ponto de entupimento de filtro a frio (CFPP - Cold Filter Plugging Point) é
definido como a menor temperatura na qual o combustível, quando resfriado sob
condições controladas, não escoará ou necessitará de um tempo superior a 60 s
para escoar a quantidade de 20 ml através de um filtro ou, ainda, não retorna
completamente para o frasco de teste. Na prática, o CFPP representa a temperatura
ambiente na qual o óleo diesel começa a causar entupimento de filtros e dificuldade
de bombeamento e de atomização para queima da mistura ar-combustível na
câmara de combustão. Estes problemas são causados pela cristalização das
parafinas (compostos presentes no óleo diesel) e pela água. O CFPP é determinado
pelo método descrito nas normas ASTM D 6371 (ASTM, 2009k) e NBR 14747
(ABNT, 2008). (PETROBRÁS, 2000).
1 Resolução ANP nº 36, de 6.12.2005
2 Resolução ANP nº 15, de 17.07.2006
3 Resolução ANP Nº 32, de 16.10.2007
4 Resolução ANP nº 7, de 19.03.2008
72

3.2.14 Ponto de fulgor
O ponto de fulgor é a menor temperatura na qual o combustível gera uma
quantidade de vapores que se inflama quando se dá a aplicação de uma chama sob
condições controladas. Esta característica do óleo diesel está ligada à sua
inflamabilidade e serve como indicativo dos cuidados a serem tomados durante o
manuseio, transporte, armazenamento e uso do produto. O ponto de fulgor varia em
função do teor de hidrocarbonetos leves existentes no óleo diesel. Esta
característica limita o ponto inicial de destilação do combustível e,
consequentemente, reduz o volume produzido. O ponto de fulgor é determinado
pelos métodos previstos nas normas ASTM D93 (ASTM, 2009l) e ISO2719 (ISO,
2002). (PETROBRÁS, 2000).
3.2.15 Ponto de névoa e ponto de fluidez
O ponto de névoa é a temperatura na qual o líquido, submetido à refrigeração,
começa a ficar turvo. O ponto de fluidez é a temperatura na qual o líquido não mais
escoa livremente. Estas propriedades são consideradas importantes no que diz
respeito à temperatura ambiente sob a qual o combustível deve ser armazenado e
utilizado. A partir do ponto de névoa a fluidez do combustível se reduz, a perda de
carga nos filtros do sistema de alimentação aumenta e alteram-se a forma e as
dimensões das gotas na saída do bico injetor. Conseqüentemente, ocorre redução
do desempenho do motor e aumento da emissão de material particulado. Do norte
ao sul do Brasil as temperaturas são amenas, não constituindo problema de
congelamento do combustível. O ponto de névoa é determinado pelas normas ASTM
D2500(ASTM, 2009o) e ABNT 11347 (ABNT, 2007). O ponto de fluidez é
determinado pelas normas ASTM D97 (ASTM, 2009n) e ABNT NBR 11349 (ABNT,
2009). (PETROBRÁS, 2000).
73

3.2.16 Lubricidade
A lubricidade é uma medida do poder de lubrificação de uma substância,
sendo uma função de várias de suas propriedades físicas, destacando-se a
viscosidade e a tensão superficial. Diferentemente dos motores com ignição por
centelha, os motores diesel exigem que o combustível tenha lubricidade elevada.
Assim, possibilita a lubrificação adequada dos componentes internos em movimento,
tais como bombas de alta pressão e injetores de combustível.
A lubricidade é determinada pelo método previsto na norma ASTM D6079
(ASTM, 2009m). (PETROBRÁS, 2000).
3.2.17 Poder calorífico
O poder calorífico de um combustível é definido como a quantidade de calor
desprendida durante a sua combustão estequiométrica (λ = 1). O poder calorífico
é obtido em laboratório a partir de um calorímetro de temperatura controlada e
uma bomba de combustão. Caso a água gerada como produto da combustão se
encontre na fase vapor, a quantidade de calor liberada no processo é denominada
poder calorífico inferior (PCI). Se a água formada na combustão é totalmente
condensada para a fase líquida, a energia liberada pelo combustível é chamada
poder calorífico superior (PCS). A diferença entre o PCS e o PCI é a entalpia de
vaporização da água formada no processo de combustão (GARCIA, 2002).
Normalmente o PCI é o mais utilizado em processos de combustão, uma vez que a
água contida nos produtos a alta temperatura se encontra na fase vapor. O poder
calorífico do óleo diesel situa-se em torno de 43,0 MJ/kg, e o do biodiesel (B100)
38,0 MJ/kg. (KEGL, 2008a).
74

3.3 Influência das propriedades do combustível na partida a frio
Segundo Rezende e Ávila (2008), os motores de combustão interna com
ignição por compressão utilizados em veículos diesel estão sujeitos a problemas de
funcionamento e/ou de desempenho em situações de partida a frio. Parafinas de alta
massa molar presentes nesse combustível se cristalizam a baixas temperaturas,
formando uma cera suspensa na fase líquida. Esses cristais podem interromper o
fluxo de combustível devido ao entupimento do filtro de combustível. Da mesma
forma que o óleo diesel, o biodiesel também está sujeito a problemas de
entupimento de filtro. O comportamento a frio do biodiesel está diretamente
relacionado com a composição do triglicerídeo da matéria-prima de origem. O
biodiesel produzido a partir de matéria-prima composta por alta concentração de
ácidos graxos saturados de cadeias longas tende a ter baixa fluidez em
temperaturas baixas. Uma amostra de biodiesel com elevada concentração de
insaturados, apesar de possuir boas características de fluidez, apresenta baixa
estabilidade à oxidação. O equilíbrio dessas duas propriedades pode ser atingido
através do balanço entre saturados e insaturados ou por meio de aditivos.
No Brasil, o óleo diesel possui um limite máximo de CFPP que varia de 0 a
12°C, dependendo da região do país e do mês. Para o biodiesel puro (B100),
algumas regiões possuem limite máximo de 19°C. Para as demais regiões o valor
deve ser anotado. O biodiesel poderá ser comercializado com o valor de CFPP
superior ao limite de especificação, caso haja acordo entre as partes envolvidas.
Segundo a ANP (2008), os métodos de análises indicados não podem ser
empregados apenas para o biodiesel oriundo de mamona. Para os casos de
misturas óleo diesel/biodiesel considera-se a especificação do diesel.
De acordo com Rezende e Ávila (2008), da mesma forma que as demais
propriedades do combustível avaliadas a frio, a viscosidade também aumenta com o
tamanho da cadeia e com o grau de saturação das moléculas. A viscosidade é um
parâmetro importante para os sistemas de alimentação e de injeção dos veículos.
Viscosidades elevadas dificultam a admissão de combustível no tanque e sua
vaporização na câmara de combustão. A viscosidade influencia também o CFPP.
Quanto maior o valor da viscosidade, maior a resistência ao escoamento e maior o
tempo necessário para passagem do combustível pelo filtro.
75

3.4 Consumo de combustível
Uma medida representativa para o consumo de combustível é o consumo
específico de combustível (SFC - Specific Fuel Consumption):
Onde:
⋅
⋅
76
mf
SFC = (3)
P
mf = taxa de escoamento de massa de combustível admitida pelo motor (kg/h)
P = Potência desenvolvida pelo motor (kW).
O SFC mede a eficiência do uso do combustível pelo motor para produzir
trabalho. Para modernos motores diesel o valor de referência do SFC é 0,200
kg/kW.h, embora valores cada vez menores sejam desejáveis (HEYWOOD, 1988,
p.52). Para uma análise da quantidade do poder calorífico do combustível que é
convertida em energia útil, utiliza-se o termo eficiência de conversão do combustível:
3600
η f =
(4)
SFC ⋅ PCI
Segundo Schafer e Basshuysen (1995) os fatores relacionados a seguir são
considerados de relevante importância para o consumo específico de combustível
em motores diesel de injeção direta.
3.4.1 Duração da injeção
Basshuysen e Schaefer (2004) ressaltam que a duração da injeção de
combustível exerce um impacto significativo sobre o consumo de combustível, além
de efeitos de tensões mecânicas nos componentes do motor, ruído de combustão e

emissões de poluentes. Os componentes do sistema de alimentação (bombas de
alta pressão e injetores, por exemplo) asseguram a quantidade de combustível
injetado dentro de um certo periodo de tempo.
A duração da injeção é compreendida pelo início da injeção e o término da
mesma, ocorrendo neste intervalo a ignição. A diferença entre o início da injeção e a
ignição é definida como o atraso de ignição. Portanto, o atraso de ignição em um
motor diesel é o tempo requerido após o início da injeção de combustível para o
processo de ignição produza os núcleos da chama na câmara de combustão e uma
combustão detectável. Em função das condições existentes no motor, no que diz
respeito à injeção de combustível, o atraso de ignição é cerca de 2 ms.
De modo a possibilitar uma otimização física e química do processo de
combustão da mistura, é desejável um reduzido atraso de ignição de modo que
ocorra um moderado aumento da pressão e da temperatura na câmara de
combustão após a ignição, além de reduzir a quantidade de combustível injetada. O
aumento do atraso de ignição gera uma maior troca térmica entre as paredes do
cilindro e da mistura, favorecendo ignições localizadas com conseqüente combustão
incompleta, aumento no consumo específico e formação de fuligem (BASSHUYEN e
SCHAEFER, 2004; KHAIR, 2006).
Segundo Basshuysen e Schaefer (2004), um curto atraso de ignição é gerado
por influências físicas e químicas. As influências físicas são exercidas por elevada
temperatura e pressão do gás na câmara de combustão no início da injeção de
combustível, forte atomização do combustível e elevadas velocidades relativas do
combustível e do ar. As influências químicas são estabelecidas por elevada
ignibilidade do combustível (elevado número de cetano), elevada temperatura do
combustível, elevada pressão e temperatura do gás no início da injeção.
3.4.2 Pressão de injeção
Pressões de injeção elevadas, maiores que 1500 bar, são desejáveis para
reduzir o consumo de combustível e a emissão de poluentes. Basshuyssen e
Schaefer (2004) citam que o atual patamar de pressões de injeção, superiores a
77

2000 bar, comparado ao dos sistemas primitivos possuem como potencialidades e
efeitos a redução do diâmetro de abertura dos injetores, o aumento da velocidade do
jato de combustível a antecipação do início da formação de mistura ar-combustível
(em virtude do aumento da área superficial reativa e da melhor distribuição da
mistura) e a redução do diâmetro médio das gotas de combustível (maior área da
superfície para a reação). Outros efeitos são a geração da mistura mais intensa,
evaporação de combustível mais rápida, distribuição da mistura mais rápida,
aumento da taxa de conversão, aumento do grau de homogenização da mistura fria,
redução da duração de combustão, melhoramento (interno) da oxidação da fuligem
e menores partículas de fuligem.
3.4.3 Recirculação do gás de exaustão
No início da década de 1970 a recirculação externa de gases de exaustão foi
utilizada pela primeira vez em automóveis de produção em série nos EUA. Esta
técnica foi usada de modo a atender os limites de emissões da época. Durante a
recirculação de gases de exaustão, uma parte do gás queimado é direcionada a
partir do coletor de exaustão ao coletor de admissão, onde é misturada com a
mistura fresca. A adição de gases de exaustão queimados reduz o pico de
temperatura da combustão e, por sua vez, reduz as emissões de NOx.
Adicionalmente os gases de exaustão recirculados podem também auxiliar a reduzir
o consumo de combustível em uma faixa de carga parcial de operação do motor.
(BASSHUYSEN; SCHAEFER, 2004). Degobert (1995) cita que a otimização da EGR
possibilita reduzir as emissões de NOX em até 40% sem impactos no consumo de
combustível ou nas emissões de HC e sem penalizar excessivamente as emissões
de CO e de material particulado.
78

3.5 Combustão em motores diesel
3.5.1 Equação de combustão em motores diesel
A combustão é uma seqüência complexa de reações químicas exotérmicas
entre um combustível e um oxidante. Em uma reação de combustão completa, um
composto reage com um elemento tal como o oxigênio, e os produtos são
compostos de cada elemento do combustível com o elemento de oxidação. Como
exemplo, a reação de combustão do dodecano, C12H26, é estabelecida pela Eq. (5):
C12 H26
+ 37O2
→ 12CO2
+ 13H2O
+calor (5)
No caso dos motores de combustão interna, como na maioria das aplicações,
o oxidante é o oxigênio presente no ar ambiente. Usualmente considera-se, numa
aproximação suficientemente aceitável, o ar atmosférico composto de 21% de
oxigênio (O2) e 79% de nitrogênio (N2).
3.5.2 Razão de Equivalência da Mistura
O comburente utilizado nos motores de combustão interna é o oxigênio
presente no ar introduzido no motor pelo sistema de admissão. A razão
ar/combustível é a razão entre a massa de ar e a massa de combustível admitida
pelo motor por ciclo. O parâmetro inverso é a razão combustível/ar. É um dos
principais parâmetros de definição das condições de operação do motor:
A
F
⎛
= ⎜
⎝
F ⎞
⎟
A ⎠
−1
=
ma
mF
=
⋅
ma
⋅
mF
79
(6)

Razão estequiométrica é a relação entre a massa de ar e massa de
combustível que proporciona uma reação de combustão completa, ou seja, resulta
unicamente dióxido de carbono (CO2), vapor d’água (H2O) e nitrogênio (N2) como
produtos da combustão. Como exemplo, a combustão estequiométrica do dodecano
em ar atmosférico é assim escrita:
C H + 18,
5(
O + 3,
773N
→ 12CO
+ 13H
O + 69,
80N
(7)
12
26
2
2
Define-se como Fator Lambda da mistura, λ, a relação entre a razão
ar/combustível admitida pelo motor e a razão ar/combustível estequiométrica para o
mesmo combustível. A Eq. (8) apresenta a equação para determinação de λ.
definida:
( A / F)
( A / F)
S
2
2
2
80
λ =
(8)
Similarmente, a razão de equivalência da mistura combustível/ar, φ, é assim
φ = λ
−1
=
( / F)
( A / F)
A S
Desse modo, a reação de combustão incompleta do dodecano para mistura
rica (quantidade de combustível acima da razão estequiométrica) ou pobre
(quantidade de combustível abaixo da requerida para a razão estequiométrica) pode
ser expressa:
C
12
H
26
18,
5
+
φ
( O + 3,
773N
)
2
2
→ aCO
+ fH
2
2
+ bCO + cH O + dN
+ gO + hH + iOH + jNO
2
2
+ eO
2
(9)
(10)
onde a ... j são as concentrações dos produtos da combustão rica (φ > 1) ou
pobre (φ < 1), que, neste caso, podem ser determinadas por um balanço atômico
entre produtos e reagentes.

3.5.3 Equação de queima de Wiebe
A equação de energia aplicada à câmara de combustão de um motor com
ignição por compressão na fase fechada do ciclo (válvulas de admissão e exaustão
fechadas) é dada por (Ramos, 1989):
Onde:
Qc = calor liberado pelo combustível (kJ).
Q W = calor transferido às paredes da câmara (kJ).
hc = entalpia de combustível (kJ/kg).
1
Qc − Qw + h ⋅ ∆m
= U − U + W
(11)
2
1
2
∆ mc
= massa de combustível injetado entre os estados 1(PMI) e 2(PMS) na
fase de compressão (kg).
U2 − U1=
variação da energia interna dos gases no interior da câmara (kJ).
1Qw 2 = trabalho realizado pelos gases sobre o pistão do motor (kJ).
Onde:
A equação do trabalho realizado pelos gases sobre o pistão é dada por:
1
2C
PCI c = calor liberado pelo combustível (kJ).
c
C
c
c
c
2
1
1
2
81
Q = ∆m
⋅ PCI ⋅ ∆χ
(12)
∆ χc
= fração de combustível queimado entre os estados 1 e 2.
A equação do calor transferido as paredes do cilindro é dada por:
1
Qw
2
⎧
⎪
= ⎨C
⎪
⎩
1
⎛ − ⎞
K ⎜ ρ V D ⎟
⎜ ⎟
D ⎜ µ ⎟
⎝ ⎠
C2
4 4
[ ∑ A ( T − T ) + C ∑ A ( T − T ) ]
W
W
3
W
W
⎫
⎪ ∆
⎬ ⋅
⎪ 360
⎭
1
W(
rps)
(13)

Onde:
µ = coeficiente de viscosidade dinâmica (kJ)
K = X · Y
C = β ⋅ σ = constante de Stefan-Boltzman = 5,67x10 -8 (W/m 2 ·K 4 )
3
Onde:
A entalpia que acompanha a massa de combustível injetado é dada por:
82
hc ⋅ ∆mc
= hc
⋅ mc
⋅ ∆χc
(14)
A correlação semi-empírica de Wiebbe é descrita pela Eq. (15):
⎡
m+1
⎛ θ − θ ⎤
⎢ ig ⎞
χ = 1 − exp − a⎜
⎟ ⎥
(15)
⎢ ⎜ ⎟ ⎥
⎣
⎝ ∆θb
⎠
⎦
a = parâmetro de eficiência da combustão (4,065 ≤ a ≤ 6,908 ).
θ ig = ângulo de ignição (grau).
∆ θb
= ângulo de duração da combustão (grau).
θ = ângulo de ignição (grau).
m = fator dependente da forma da câmara de combustão.
Onde:
A função dupla de Wiebbe é dada por:
d = fase difusiva da combustão.
p = pré-mistura do combustível.
⎡
mp
+ 1⎤
⎡
md+
1
⎛ θ − θ
⎛ θ − θ ⎞ ⎤
ig ⎞
ig
χ = 1 − χ ⎢ ⎜ ⎟ ⎥ − χ ⋅ ⎢−
⎜ ⎟ ⎥
p ⋅ exp − a
⎢ ⎜ ⎟
d exp a
⎥ ⎢ ⎜ ⎟
(16)
⎥
⎣ ⎝ ∆θ
⎣ ⎝ ∆θb
⎠
b
⎦
⎠ ⎦
χ p = fração do combustível queimada na fase de combustão.

∆ θp
= duração da fase de combustão difusiva (grau).
m p = fator de forma da câmara para a fase de combustão pré-misturada.
m d = fator de forma da câmara para a fase de combustão difusiva.
Ainda,
83
χ d = 1− χa
(17)
∆ θ = ∆θ
(18)
p
3.6 Formação e emissões de poluentes na exaustão de motores diesel
3.6.1 Poluentes regulados
b
Os poluentes controlados pela legislação e que incidem em grande
quantidade no período de início de funcionamento a frio do motor a diesel são os
hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO), os óxidos de nitrogênio (NOx), o
material particulado (MP) e o Índice de Opacidade.
De acordo com Majewski e Khair (2006, p.122), existem diversos poluentes
não regulamentados ou poluentes suspeitos que podem ser encontrados na
exaustão diesel, usualmente em níveis de concentrações bem menores do que
aqueles poluentes regulamentados. Os autores citam que alguns destes
componentes são partes da complexa emissão de material particulado e outros são
espécies totalmente separadas na fase gasosa. A lista das emissões diesel não
regulamentadas incluem os seguintes componentes:
− Hidrocarbonetos polinucleares aromáticos (PAH), que são compostos
orgânicos pesados encontrados frequentemente em DPM (somente alguns
PAH estão presentes também na fase gasosa).
− Frações orgânicas solúveis (SOF), que constituem parte do DPM.
− Aldeídos, R-CHO, que são derivados de hidrocarbonetos (formaldeído,
HCHO, é regulamentado em algumas aplicações).

− Dióxido de enxofre (SO2), a partir do enxofre presente no combustível.
− Óxido nitroso (N2O), não incluído no NOx.
− Dioxinas: embora não haja nenhuma prova conclusiva, neste momento, as
emissões de diesel são suspeitas de serem uma fonte potencial de emissão
de dioxinas.
− Óxidos de metais: diversos aditivos de óleos lubrificantes incluem compostos
metalorgânicos resultando em emissão de óxido de metal incluindo fósforo,
zinco e cálcio. Aditivos para combustíveis com objetivo de controle de
emissões podem resultar em emissões de ferro, cério ou outros metais.
3.6.2 Monóxido de carbono
A combustão de hidrocarbonetos é um processo de oxi-redução, ocorrendo a
oxidação do carbono e a redução do hidrogênio, com liberação de energia e
formação de novos compostos, sendo o principal elemento o dióxido de carbono
(CO2). Quando a quantidade de oxigênio presente na mistura ar/combustível é
insuficiente para promover a completa oxidação do carbono presente na câmara de
combustão ocorre à formação de monóxido de carbono (CO).
Segundo Majewski e Khair (2006, p.124), a uma elevada temperatura ou
através de um catalisador oxidante, o monóxido de carbono pode ser oxidado pelo
oxigênio e formar dióxido de carbono. A Eq. (19) demonstra a reação citada:
2CO + O2
→ 2CO2
+ 565,
6 kJ/mol (19)
Esta reação produz elevado efeito térmico, sendo que no caso de gases de
exaustão ricos em CO, podem causar um significativo aumento na temperatura do
gás em reatores catalíticos projetados para oxidar o CO. Uma oxidação adiabática
de 1% de CO no fluxo de gases de exaustão aumentam a temperatura do gás em
aproximadamente 100 ºC.
Atualmente as emissões de CO dos novos motores diesel são relativamente
baixas, estando em uma faixa entre 10 a 500 ppm. (MAJEWSKI; KHAIR, 2006).
84

Heywood (1988) afirma que a formação de monóxido de carbono (CO) em
motores de combustão interna depende primariamente da razão de equivalência da
mistura combustível/ar (φ). Misturas ricas fazem com que falte O2 para formação do
CO2. Todas as outras variáveis ocasionam variações menos relevantes. Em motores
multi-cilindros, se a metade dos cilindros roda com uma mistura pobre e a outra
metade com uma mistura rica, então os cilindros com mistura pobre produzem muito
menos CO do que os cilindros com mistura rica. A média de emissão do CO no
motor corresponderia a sua razão de equivalência de mistura mais rica do que
média. Assim, a chave para minimizar a emissão de CO é minimizar o tempo que o
motor opera com a mistura rica e a utilização de um sistema de indução que
minimize a variação de φ de cilindro para cilindro e de ciclo a ciclo.
Motores Diesel operam com misturas mais pobres, conseqüentemente, suas
emissões de monóxido de carbono são mais baixas e, geralmente, não são
consideradas um problema.
A necessidade de enriquecimento da mistura quando o motor está frio faz
com que as emissões de monóxido de carbono durante o aquecimento do motor
sejam muito maiores em relação à operação do motor completamente aquecido. Os
maiores índices de potência são obtidos com a mistura levemente rica, que
apresenta níveis de emissões de NO e CO elevados. Nas misturas ligeiramente
pobres o nível de CO se reduz, mas o nível de NO é relativamente alto. Com o
objetivo de reduzir o nível de NO, usa-se a recirculação dos gases residuais,
afetando a qualidade da combustão. A FIGURA 9 apresenta a variação da
concentração de CO e NO em função da razão de equivalência da mistura
combustível/ar (φ).
85

Figura 9: Variação das concentrações de NO e CO na exaustão de um motor convencional do ciclo
Otto com a razão de equivalência da mistura combustível/ar.
Fonte: Raggi (2005)
3.6.3 Hidrocarbonetos
Em motores de combustão interna com ignição por compressão são duas as
causas principais da presença de combustível não queimado na exaustão
(HEYWOOD, 1988):
− o combustível misturado entre o início da sua injeção e o início da combustão
é mais pobre que o limite de mistura pobre adequado para o motor.
− a não ocorrência de mistura do combustível com o ar devido à baixa
velocidade do combustível ao sair dos furos do bico injetor.
Segundo Degobert (1995), a emissão de hidrocarbonetos não queimados, ou
substâncias orgânicas de um modo geral, resulta da combustão incompleta de
hidrocarbonetos. Contrariamente ao CO e NOx, estes formados em uma fase
homogênea a elevada temperatura, os hidrocarbonetos resultam a partir de efeitos
heterogêneos na mistura e na vizinhança com as paredes do cilindro,
86

consequentemente a uma baixa temperatura. Hidrocarbonetos não queimados
incluem uma ampla variedade de hidrocarbonetos os quais são perigosos a saúde
ou possuem diferentes reatividades nas conversões químicas troposféricas. Em
particular, HC não queimados contém uma ampla proporção de metano, o qual é
inerte neste sentido. Enquanto compostos carbonílicos são considerados para
somente um pequeno percentual de emissões de HC em motores de ignição por
centelha, aldeídos podem ter uma variação acima de 10% nas emissões de HC em
motores diesel a entre estas aldeídos e formaldeídos representam 20% do total de
compostos carbonílicos.
Mesmo com excesso de oxigênio, característica esta da combustão diesel,
condições heterogêneas da câmara de combustão podem causar reações de
oxidação incompletas e não queimadas ou parcialmente hidrocarbonetos oxidados
na exaustão em adição ao CO. Alguns destes componentes são responsáveis pelo
odor típico da exaustão diesel. Todos os parâmetros que melhoram a exploração do
oxigênio na câmara de combustão (tal como o escoamento turbulento da mistura) ou
aumento das temperaturas da combustão podem reduzir as emissões de CO e HC.
(BASSHUYSEN; SCHAFER, 2004, p.601).
3.6.4 Óxidos de nitrogênio
Os óxidos de nitrogênio (NOX) apresentam-se nos gases de exaustão como
óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2). Os elementos óxido nítrico (NO) e
dióxido de nitrogênio (NO2) são usualmente agrupados como NOX. Porém, a
produção de óxido nítrico é predominante em motores com ignição por centelha
(HEYWOOD, 1988), correspondendo a cerca de 90% do total de NOX. Assim neste
trabalho, os resultados apresentados para NO serão representativos para NOX.
Heywood (1988) menciona que o NOX forma-se nas regiões de altas temperaturas
atrás da frente de chama. Quanto maior a temperatura, maior a sua formação. A
taxa de formação dos óxidos de nitrogênio depende da temperatura atingida pelos
gases durante a combustão, normalmente acima de 1600°C, e do tempo de
permanência dos gases à alta temperatura. Os NOX formam-se através de reações
químicas envolvendo moléculas de nitrogênio (N2) e oxigênio (O2) dissociadas do ar
87

de combustão. Para a formação de óxido nítrico na combustão de misturas próximas
da estequiométrica são comumente aceitas as reações do mecanismo de Zeldovich
(HEYWOOD, 1988):
88
O + N → NO + N
(20)
+ O → NO O
(21)
N 2 +
N + OH → NO + H
(22)
Nos motores de combustão interna com ignição por compressão o dióxido de
nitrogênio pode atingir valores entre 10 e 30% do total de NOX presente na
exaustão. Um mecanismo plausível de formação de NO2 é (HEYWOOD, 1988):
N 2 2
+ HO → NO + OH
(23)
O dióxido de nitrogênio formado na região da chama é rapidamente
convertido em óxido nítrico pela reação descrita na Eq. (33).
NO + O → NO + O
(24)
2
As exceções são os casos em que o NO2 é rapidamente misturado com
combustível frio, o que ocorre em motores de combustão interna com ignição por
compressão operando com baixa carga, condição necessária para que as regiões
com temperaturas menores que a da chama sejam difusas. O óxido nítrico se forma
na queima de uma mistura de combustível típico e ar a partir da temperatura de
426,85 °C (700 K) e pressão de 15 atm (15,2 bar). A taxa de formação de óxido
nítrico cresce com o aumento da temperatura e da pressão.
2

3.6.5 Material particulado
Segundo a EPA (U.S. Enviromental Protection Agency), o material particulado
é definido como qualquer massa coletada em um filtro posicionado na exaustão de
um veículo após um determinado ciclo de operação, com a temperatura de exaustão
mantida a 52 ºC. O material particulado produzido por um motor diesel consiste,
basicamente, de aglomerados de núcleos de carbono e de hidrocarbonetos, SO3 ou
ácido sulfúrico, e água adsorvidos ou condensados sobre esses núcleos carbônicos.
O material particulado forma-se em altas temperaturas, em regiões da câmara de
combustão ricas em combustível, a partir de gotículas individuais.
É importante salientar que o material particulado apresenta uma estrutura
complexa, que depende de vários fatores como o tipo de motor, carga, modo de
condução do veículo, qualidade do óleo lubrificante do motor e combustível utilizado.
De acordo com Heywood (1988) a formação do material particulado pode ocorrer
pela reação:
m
CnHm + yO2
→ 2yCO
+ H2
+ ( n − 2y)
C fuligerm
(25)
2
A ocorrência desta equação é possível somente quando o fator ( n − 2y)
> 0, ou
seja, quando a razão entre a quantidade de carbono e a quantidade de oxigênio é
maior que a unidade. Em outros termos, a oxigenação do combustível na câmara de
combustão, que nos motores de combustão interna com ignição por compressão
ocorre com a sua pulverização efetuada pelo injetor, é fator preponderante para a
redução da formação de fuligem. O processo de formação da fuligem é influenciado
pela chama, pelo fluxo do combustível e, sobretudo, pelo tipo de hidrocarboneto,
pressão e temperatura.
89

4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Neste capítulo são apresentados os equipamentos e os procedimentos
experimentais adotados neste trabalho. O sistema de injeção foi alterado de modo a
impedir o livre ajuste de seu mapa de calibração aos diferentes combustíveis
testados. Para caracterização do motor foram realizados testes pilotos com o óleo
diesel padrão de emissões Euro IV (S10), para posterior comparação às misturas de
óleo diesel metropolitano com biodiesel de soja e etanol. Os experimentos realizados
foram: testes de consumo de consumo de combustível, método gravimétrico, no ciclo
de emissões NBR 6601 (ABNT, 2005); análise de emissões de poluentes, seguindo
o procedimento Euro III; e partida frio do motor na temperatura ambiente de -5ºC.
4.1 Aparato experimental
4.1.1 Motor de combustão interna e veículo utilizado
O motor utilizado nos experimentos foi o modelo FIAT SMALL DIESEL, com
1,248 × 10 -3 m 3 de volume deslocado, 16 válvulas, sendo duas de admissão e duas
de exaustão por cilindro, quatro cilindros em linha, ignição por compressão, ciclo de
quatro tempos, razão de compressão 17,6:1, aspiração turbo-comprimida com
intercooler ar/ar, injeção direta de combustível e alimentação de combustível do tipo
Common Rail Multijet. As FIGURAs 10 e 11 apresentam a vista posterior e a vista
frontal do motor. O motor utiliza um turbo-compressor de geometria fixa com controle
eletrônico da pressão e um trocador de calor do tipo ar/ar (intercooler) para redução
da temperatura do ar admitido. A utilização de válvula de recirculação dos gases de
exaustão (EGR) refrigerada possibilita a emissão de baixos níveis de emissões de
NOX. Outra característica do motor é o sistema de aceleração drive-by-wire, que
substitui o cabo do acelerador. O motor atinge a potência máxima 85 cv (62,6 kW) a
4.000 rev/min e torque de 20,4 kgf.m (200,1 N.m) a 1.750 rev/min, operando com
óleo diesel conforme a norma EN590 (ECS, 2009).
90

Figura 10: Motor FIAT 1.3 Small Diesel Multijet – vista posterior
Fonte: FPTPOWERTRAIN, 2009.
Figura 11: Motor FIAT 1.3 Small Diesel Multijet – vista frontal
Fonte: FPTPOWERTRAIN, 2009.
91

O motor utiliza um sistema de partida a frio constituído por uma resistência
elétrica localizada no interior do copo do filtro para aquecimento do combustível e
por velas de pré-aquecimento do ar instaladas na câmara de combustão do motor.
Um conversor catalítico do tipo cerâmico impregnado com metais nobres do tipo
platina-ródio (Pt/Rh) é instalado no duto de exaustão para controle das emissões de
gases poluentes.
O veículo utilizado foi um modelo FIAT Palio Weekend, com carroceria do tipo
station wagon. O veículo possui um sistema de câmbio manual de cinco marchas a
frente e uma marcha-a-ré e é provido do sistema EOBD (European On-Board
Diagnosis). Tal sistema de diagnóstico visa detectar eventuais falhas no veículo que
possam afetar as características dos gases de exaustão.
4.1.2 Sistema de aquisição de parâmetros de controle do motor
Para monitoramento e aquisição dos dados enviados por vários sensores
instalados no motor foi utilizado o sistema HELIOS, desenvolvido pela Magneti
Marelli Powertrain Systems para calibração e registro de variáveis da unidade de
controle eletrônico do motor (ECU). O sistema permite registrar os dados de
operação do motor por meio de comunicação com a ECU via rede CAN (Controller
Area Network).
4.1.3 Sensores de temperatura
Vários termopares foram instalados no motor para monitoramento da
temperatura em pontos considerados relevantes para caracterização e análise das
condições de testes. As temperaturas dos seguintes fluidos e componentes foram
monitoradas: ar ambiente, ar no coletor de admissão, água de arrefecimento do
cabeçote, óleo lubrificante do motor, entrada do combustível diesel na bomba de alta
pressão, gás na saída do coletor de exaustão, gás na entrada no catalisador,
superfície cerâmica na entrada do catalisador, superfície cerâmica no centro do
catalisador, superfície cerâmica na saída do catalisador e gás na saída do
92

catalisador. Para a determinação das temperaturas indicadas foram utilizados
termopares convencionais e de isolação mineral (sonda), do tipo K. O par
termoelétrico é composto de Chromel como elemento positivo e Alumel como
elemento negativo, com faixa de medição de temperatura compreendida entre 0 e
1260°C e incerteza de ± 1,1°C. A FIGURA 12 apresenta o coletor de descarga do
motor com alojamento apropriado para instalação de termopar tipo sonda (T0). A
FIGURA 13 apresenta a localização dos pontos instrumentados no conversor
catalítico (T1 a T5). Neste trabalho apenas os resultados referentes a T3 são
apresentados no Cap. 5. Na FIGURA 14 pode ser observado o conversor catalítico
instalado no veículo com os respectivos termopares.
Figura 12: Termopar localizado no coletor de exaustão
Figura 13: Termopares localizados no conversor catalítico dos gases de exaustão.
93

Figura 14: Conversor catalítico dos gases de exaustão instalado no motor do veículo
4.1.4 Equipamentos para medição do consumo de combustível
Para medição da massa de combustível consumida nos testes utilizou-se uma
balança digital do fabricante Filizola, modelo BP15, com capacidade para 15 kg e
resolução de 0,005 kg. Para determinação do consumo de combustível foi utilizada
uma câmara climática equipada com um dinamômetro de chassi elétrico monorolo,
de 48” (1,2192 m) de diâmetro nominal, do fabricante AVL-Zöllner. A câmara
climática pode ser operada no modo de velocidade constante, modo de força
constante ou no modo de simulação de cargas do veículo em estrada a partir das
forças resistivas e com velocidade variável (road load simulation). A câmara
climática possibilita a programação de um ciclo térmico com dez variações e com
possibilidade de rampa. As condições de controle da câmara climática são descritas
na Tabela 4. A FIGURA 15 apresenta uma vista da câmara climática utilizada nos
testes de consumo de combustível, instalada nos laboratórios da Fiat Automóveis
em Betim, MG.
94

TABELA 4
Características da câmara climática
PARÂMETRO VALOR
Temperatura 30 ºC ... +50 ºC
Taxa de variação de temperatura 20 ºC/h
Umidade 20 % ... 99 %
Radiação solar máxima 0 W/m 2 ...1.200 W/m 2
Velocidade máxima do vento 140 km/h
Velocidade máxima do rolo 200 km/h
Força máxima 10 kN
Potência máxima 204 hp (152,2 kW)
Potência de refrigeração 143.000 kcal/h (166,3 kW)
Potência equivalente de refrigeração 226 hp (168,6 kW)
Figura 15: Câmara Climática com rolo dinamométrico.
95

4.1.5 Sistema de controle do motor
Uma central eletrônica para desenvolvimento de sistemas de controle do
motor para aplicações diesel foi utilizada, conectada aos chicotes elétricos do
veículo e do motor. Por meio desta central eletrônica foram registrados diversos
parâmetros de funcionamento do motor. A ECU é equipada com um dispositivo
interno MEB (Memory Emulation Board). O dispositivo MEB permite o registro de
dados e a comunicação da ECU com um computador e outros módulos do sistema
de calibração e aquisição de dados HELIOS. Originalmente calibrada para atender
os limites de emissões Euro III previstos para a Argentina (ver Anexo H), a ECU foi
recalibrada com a estratégia de auto-adaptação desabilitada, de modo a não permitir
a adaptação do motor aos diferentes combustíveis, com o objetivo de possibilitar a
comprovação e a quantificação dos efeitos das misturas na combustão. A
comunicação do Sistema HELIOS com o computador é realizada através de um
cartão do tipo PCMCIA.
4.1.6 .Câmara climática para testes de partida a frio.
Uma câmara climática do fabricante Mecalor, similar à apresentada na
FIGURA 15, porém, sem o rolo dinamométrico, foi utilizada para os testes de partida
a frio. A câmara não possui sistema de pressurização, tendo sido os testes
realizados sob a pressão atmosférica local (900 mbar), à temperatura de -5ºC e
umidade relativa igual a 0%.
4.1.7 Analisador de opacidade
Para medição do índice de opacidade do gás de exaustão uitilizou-se o
analisador de opacidade (opacímetro) modelo NA-9020, do fabricante NAPRO (FIG.
16). O opacímetro consiste em um sensor ótico, composto de sonda para captação
de gases e célula ótica de medição, acoplado a um sistema provido de um módulo
controlado por um microprocessador com software dedicado.
96

Figura 16: Analisador de opacidade
4.1.8 Dinamômetro de chassi para reprodução do ciclo de emissões
Para reprodução do ciclo de emissões foi utilizado um dinamômetro de chassi
elétrico monorolo, com 48 polegadas (1,2192 m) de diâmetro nominal, capacidade
de medição de 0 a 160 km/h e resolução de 0,01% do fundo de escala e potência de
até 150 hp (111,9 kW) (FIGURA 18). O dinamômetro de chassi simula em laboratório
a resistência ao deslocamento do veículo, através de uma unidade elétrica de
absorção de potência. A determinação da resistência ao deslocamento é realizada
submetendo o veículo a uma desaceleração livre em pista de rolamento, conforme a
NBR 10312 (ABNT, 2009). A potência resistiva no rolo do dinamômetro é
determinada em função de fatores relacionados com a desaceleração do veículo,
como inércia equivalente, resistência aerodinâmica e a resistência ao rolamento. A
inércia equivalente do veículo é simulada no dinamômetro através de um conjunto
97

de massas de inércia que são acopladas ao eixo do rolo, reproduzindo um efeito
dinâmico equivalente à massa de inércia do veículo em movimento linear.
Figura 17: Laboratório para ensaios de emissões de poluentes
Fonte: HORIBA, 2009.
4.1.9 Sistema de amostragem e análise de HC, CO, NOX e material particulado
O sistema de amostragem dos gases é do tipo amostrador de volume
constante (CVS – Constant Volume Sampler). O sistema permite a medição das
massas reais das substâncias emitidas pelo motor através do tubo de exaustão do
veículo. O volume total da mistura gás de escape com o ar de diluição é medido,
sendo uma parte deste volume continuamente coletada para análise. O sistema é
provido de balões de coleta de amostras para o ar de diluição e para o gás de
exaustão diluído. Estes balões (bags) são confeccionados em material especial para
impedir alterações nas análises dos gases armazenados. Na FIGURA 18 é mostrado
esquematicamente o dinamômetro de chassi, sistema de amostragem e
analisadores de gases. O sistema de análise de HC, CO e NOX pode realizar
análises em tempo real antes e depois do catalisador (análise modal), além das
98

análises das amostras que são coletadas e armazenados nos balões durante o
teste.
Figura 18: Esquema do dinamômetro de chassi, sistema de amostragem e analisadores de gases.
Os analisadores de gases HORIBA são instalados em um gabinete
customizado, e utilizam ar sintético puro para suprimento de oxigênio (O2) para
calibração e operação do equipamento. Localizado próximo ao gabinete encontra-se
um desumidificador para retirada do vapor d’água existente no gás de amostra, para
o correto funcionamento dos analisadores. A amostra coletada no duto de exaustão
passa inicialmente por um filtro aquecido, antes de ser conduzida aos analisadores
através de uma linha aquecida. O filtro e a linha são ambos mantidos entre 100 e
130ºC, com o objetivo de evitar a condensação dos componentes mais pesados do
gás de amostra.
Para a medição da concentração de hidrocarbonetos totais (THC) na
exaustão utilizou-se um analisador com detector por ionização da chama (FID –
Flame Ionization Detector), modelo HORIBA F1A-720. As características técnicas do
equipamento estão apresentadas na Tabela 5. O analisador é calibrado com um gás
hidrocarboneto padrão (no caso, propano – C3H8), diluído em nitrogênio (N2) na
concentração de 3000 ppm.
99

TABELA 5
Especificações do analisador Horiba modelo FIA-720 THC (método FID).
PARÂMETRO ESPECIFICAÇÃO
Faixa de medição 10...20.000 ppmC
Repetibilidade < ±1% do fundo de escala
Desvio (zero) < ±1% do fundo de escala/24h
Ruído (interferência total) < ±0,5% do fundo de escala
Linearidade < ±1% do fundo de escala ou
< ±2% da escala de medição
Tempo de resposta (em 90 s) < 1,5 s a partir do gás de entrada
Vazão de gás de amostra 0,5 l/min
Fonte: Horiba, 1997.
As concentrações de óxido nítrico (NO) e óxidos de nitrogênio (NOX) – que
engloba NO e NO2 (dióxido de nitrogênio) – foram obtidas através do analisador de
gás HORIBA modelo CLA-750A, cujo princípio de funcionamento é a
quimioluminescência (Chemiluminescent Detector - CLD) entre o ozônio (O3) e NO,
fornecendo NO2 e oxigênio (O2). As características técnicas do equipamento CLA-
750A estão apresentadas na Tabela 6.
TABELA 6
Especificações do analisador Horiba modelo CLA-750A NO/NOX (método CLD)
PARÂMETRO ESPECIFICAÇÃO
Faixa de medição 10...10.000 ppm
Repetibilidade < ±1% do fundo de escala
Desvio (zero) < ±1% do fundo de escala/24h
Ruído (interferência total) < ±0,5% do fundo de escala
Linearidade < ±1% do fundo de escala ou
< ±2% da escala de medição
Tempo de resposta (em 90 s) < 1,5 s a partir do gás de entrada
Vazão de gás de amostra 0,5 l/min
Fonte: Horiba, 1997.
100

As concentrações de CO e CO2 no gás de exaustão foram obtidas através do
uso dos analisadores de gases HORIBA modelo AIA-721 para baixas concentrações
de CO, e AIA-722, para altas concentrações de CO e CO2. Os analisadores utilizam
um detector por infravermelho não-dispersivo (Non-Dispersive Infrared Detector -
NDIR). As características técnicas dos equipamentos AIA-721 e AIA-722 estão
apresentadas nas Tabelas 7 e 8, respectivamente.
TABELA 7
Especificações analisador Horiba mdelo AIA-721 CO (método NDIR).
PARÂMETRO ESPECIFICAÇÃO
Faixa de medição 50...2.500 ppm
Repetibilidade < ±1% do fundo de escala
Desvio (zero) >100ppm: < ±1% do fundo de escala/24h
50...100ppm: < ±2% do fundo de escala/24h
Ruído (interferência total) < ±0,5% do fundo de escala
Linearidade < ±1% do fundo de escala ou
< ±2% da escala de medição
Tempo de resposta (em 90 s) < 100 ppm: < 3 s a partir do gás de entrada
>100 ppm: < 2 s a partir do gás de entrada
Vazão de gás de amostra 3 l/min
Fonte: Horiba, 1997.
TABELA 8
Especificações do analisador Horiba modelo AIA-722 CO/CO2 (método NDIR)
PARÂMETRO ESPECIFICAÇÃO
Faixa de medição CO: 5.000 ppm...10% (v/v)
CO2: 5.000 ppm... 20% (v/v)
Repetibilidade < ±1% do fundo de escala
Desvio (zero) < ±1% do fundo de escala/24h
Ruído (interferência total) < ±0,5% do fundo de escala
Linearidade < ±1% do fundo de escala ou
< ±2% da escala de medição
Tempo de resposta (em 90 s) < 1,5 s a partir do gás de entrada
Vazão de gás de amostra 2 l/min
Fonte: Horiba, 1997.
101

4.2 Procedimento experimental
4.2.1 Preparação das misturas
Através de uma planilha eletrônica foram inseridas as concentrações
desejadas de óleo diesel, biodiesel e etanol anidro. As correspondentes quantidades
volumétricas foram preparadas em recipientes limpos e apropriados para
combustível. As amostras obtidas são discriminadas abaixo na Tabela 9.
TABELA 9
Misturas de óleo diesel, biodiesel e etanol utilizadas nos testes.
SIGLA DISCRIMINAÇÃO
S10 óleo diesel padrão de emissões EuroIV com 10 ppm de enxofre (S10)
B3 óleo diesel metropolitano S500 com 3% de biodiesel
B5 óleo diesel metropolitano S500 com 5% de biodiesel
B10 óleo diesel metropolitano S500 com 10% de biodiesel de soja
B20 óleo diesel metropolitano S500 com 20% de biodiesel de soja
B20E2 óleo diesel metropolitano S500 com 20% de biodiesel de soja e 2%
de etanol anidro
B20E5 óleo diesel metropolitano S500 com 20% de biodiesel de soja e 5%
de etanol anidro
4.2.2 Testes de consumo de combustível
Os testes de consumo de combustível do veículo foram realizados em um rolo
dinamométrico situado em uma câmara climática, ambos descritos na Seção 4.1.
Considerando as condições usuais de uso do veículo, foi adotada a temperatura
ambiente de 25ºC e umidade relativa de 60% para todos os testes realizados. O
consumo de combustível foi medido seguindo o ciclo de emissões NBR6601 (ABNT,
2005), que adota um percurso urbano segundo o procedimento de teste federal
102

Americano FTP-75 (Federal Test Procedure) e é o padrão brasileiro para avaliação
de emissões gasosas de veículos de passeio e veículos comerciais leves (FIGURA
19). O ciclo FTP-75 reproduz as velocidades dos veículos nas ruas de Los Angeles
durante o tráfego matutino (BOSCH, 2005). Utilizou-se o método gravimétrico para
medição da massa consumida de combustível através de instalação adequada e
utilização da balança digital anteriormente descrita. A FIGURA 20 apresenta o
veiculo utilizado e a instalação com tanque de combustível externo, balança digital e
tubulações. O controle do rolo dinamométrico e do ventilador para arrefecimento do
motor do veículo é realizado através do software AVL-Zölner Chassi Dyna.
VELOCIDADE (km/h)
100
80
60
40
20
0
0 500 1000 1500 2000 2500
TEMPO (s)
Figura 19: Ciclo FTP-75
Fonte: NBR 6601 (ABNT, 2005)
Figura 20: Veículo e equipamentos para medição do consumo de combustível.
103

O teste seguindo a norma NBR6601 (ABNT, 2005) simula uma viagem de
percurso médio de aproximadamente 18 km em área urbana. Este percurso é
definido como ciclo urbano, que é representado por um gráfico contínuo de
velocidade em função do tempo. O ciclo consiste de seqüências não repetidas dos
regimes de marcha lenta, acelerações, velocidade de cruzeiro e desacelerações em
magnitudes e combinações variadas. Para garantir esta simulação, a tolerância na
velocidade é definida por dois limites em qualquer instante no ciclo de condução, um
inferior e outro superior. As velocidades objetivadas e as obtidas são apresentadas
ao motorista em um monitor (FIGURA 21 ).
O ciclo FTP-75 é formado por duas etapas: a primeira corresponde a 12,1 km
com partida a frio e a segunda se estende por 5,8 km com partida a quente. O
resultado das medições realizadas é a média ponderada entre as duas etapas,
representando uma viagem com percurso total de 18 km. Entre as duas partes do
teste (partida a frio e a quente) existe um intervalo de 10 minutos, durante o qual o
veículo permanece sobre o dinamômetro de chassi com o capô fechado. Neste
trabalho substituiu-se a operação de desligamento do veículo seguido pela partida a
quente do motor pela manutenção do regime de marcha-lenta entre a primeira e a
segunda etapa do ciclo. Esta adaptação da norma teve por objetivo evitar a perda de
dados devido a uma eventual falha do motor na partida, tendo em vista a elevada
quantidade de testes realizados e outros fatores como prazos e custos.
Antes do início dos testes foi realizado o aquecimento (warm-up) dos rolos
visando obter uma menor perda por atrito nos seus rolamentos, de modo a atingir a
maior aproximação possível das forças resistivas da estrada. O procedimento de
warm-up do rolo dinamométrico é realizado sob temperatura ambiente e à
velocidade de 100 km/h por um tempo total de 30 min. Em seguida o veículo foi
operado na fase de aquecimento até que todas as temperaturas do veículo e do
motor atingissem o regime permanente.
Foram realizados três testes com cada amostra de combustível previamente
preparada e identificada em um recipiente de aço inox, com capacidade de 20 litros,
apropriado para armazenamento de combustíveis. O combustível era pesado no
início e ao término de cada teste. A linha de combustível era purgada sempre que o
combustível era trocado. A temperatura do combustível era monitorada na entrada
da bomba de combustível de alta pressão do motor. Durante os testes as condições
ambientes – pressão, temperatura e umidade – foram monitoradas.
104

4.2.3 Partida a frio
Figura 21: Display do “AVL-Drive Aid” (Unidade auxiliar do motorista).
Os testes de partida a frio foram realizados em câmara climática com tempo
de condicionamento do veículo por 12 horas na temperatura ambiente de -5ºC. O
condicionamento tem por finalidade possibilitar que todos os sistemas do veículo
estejam em regime permanente no momento da partida. Tal procedimento é prática
comum na indústria automotiva e entre os fabricantes de componentes do sistema
de partida do motor.
4.2.4 Análise de opacidade
Com o objetivo de atendimento às legislações de emissões de poluentes
vigentes para veículos automotores, o teste de avaliação da opacidade – ou índice
de fumaça – do gás de exaustão emitido por veículos automotores equipados com
105

motor diesel é determinado pela norma NBR 13037 (ABNT, 2001). Esta norma
descreve o método de determinação da opacidade, sob condições de aceleração
livre, com emprego de opacímetro. Este método também é utilizado como parâmetro
de regulagem do motor e avaliação do estado de manutenção de veículos em uso.
O teste consiste na instalação de sonda ótica de captação dos gases
próximos ao bocal de saída do duto de exaustão. Em seguida, partindo do regime de
marcha-lenta, o motor é acelerado lentamente e de modo contínuo até atingir a
rotação máxima. Este procedimento descrito anteriormente é realizado dez vezes
em sequência. Toma-se como medida de cada procedimento o valor máximo
registrado pelo sensor ótico. Em seguida, realiza-se a média aritmética de quatro
medições consecutivas que não variem entre si mais de 0,25 m -1 e estejam em
ordem crescente, desprezando as três primeiras acelerações. Ressalta-se que são
desprezadas as três primeiras acelerações para cálculo da média. Os testes foram
realizados sob a temperatura ambiente de 20 ºC, com a temperatura de óleo
lubrificante do motor mantida acima de 80 ºC.
4.2.5 Testes de emissões
O teste de emissões gasosas na exaustão é realizado com o veículo sobre
um rolo em dinamômetros de chassi. O método é definido para simular uma
determinada condição de operação o mais próximo possível da condição real de
utilização do veículo.
4.2.5.1 Ciclo de emissões Euro III
O ciclo de emissões Euro III, adotado neste trabalho, data de 1º de Julho de
2000 (BOSCH, 2005). A análise dos gases é realizada segundo a Diretiva Européia
70/220/CEE (CEE, 1995). O ciclo de teste Euro III é constituído por duas fases: a
primeira é denominada de “ciclo de direção urbana” (UDC) e a segunda é definida
como “ciclo de direção extra-urbano” (EUDC). O ciclo de teste produzido a partir da
106

combinação destes ciclos é denominado de “novo ciclo de direção europeu” (NEDC)
(BOSCH, 2005). Conforme a Diretiva da Comunidade Européia nº70/220/CEE, a
fase do ciclo urbano apresenta velocidade média 19 km/h, tempo de marcha efetivo
195 s, distância teórica percorrida por ciclo 1,013 km e distância teórica para os 4
ciclos 4,052 km. A fase do ciclo extra-urbano tem velocidade média 62,6 km/h,
tempo de marcha efetivo 400 s, distância teórica percorrida 6,955 km, velocidade
máxima 120 km/h, aceleração máxima 0,833 m/s 2 e desaceleração máxima -1,389
m/s 2 . Portanto, o ciclo NEDC (ver FIGURA 22) tem como características distância
total 11,0 km, velocidade média 32,5 km/h e velocidade máxima 120 km/h.
VELOCIDADE (km/h)
140
120
100
80
60
40
20
4.2.5.2 Ajuste do teste de emissões
0
0 200 400 600 800 1000 1200
TEMPO (s)
Figura 22: Ciclo de marcha completo (NEDC).
Fonte: Diretiva Européia 70/220/CEE (CEE, 1995).
Para o teste de emissões de gases de exaustão o veículo foi condicionado a
uma temperatura ambiente situada entre 20 e 30°C durante o período mínimo de 12
horas. As rodas de tração do veículo testado foram colocadas sobre os rolos
rotativos do dinamômetro de chassi. As forças que agem sobre o veículo, ou seja, os
momentos de inércia do veículo, a resistência ao rolamento e o arrasto aerodinâmico
foram simulados de modo que o percurso realizado sobre os rolos rotativos
reproduzisse níveis de emissões comparáveis àqueles obtidos durante uma viagem
107

na estrada. Um ventilador de grande capacidade foi instalado na frente do veículo,
de modo a assegurar o adequado resfriamento do motor. O duto de exaustão do
veículo testado foi conectado ao sistema de coleta de gás de amostra. No final do
ciclo, por meio dos analisadores de gases descritos na seção 4.1, foram analisadas
as concentrações de HC, NOX, CO, CO2 e MP. A concentração de CO2 é necessária
para o cálculo do consumo de combustível pelo método do balanço de carbono
(BOSCH, 2005). Na condução do ciclo NEDC, conforme prescrito em norma, é
permitida uma tolerância de velocidade de ± 2 km/h e de tempo de ±1,0 s.
4.2.5.3 Sistema de diluição da amostra
O método usado para coleta da amostra do gás de exaustão foi o
procedimento de diluição por amostragem de volume constante (CVS). No método
CVS o gás de exaustão é analisado apenas no final do teste. Inicialmente o gás
emitido na exaustão do veículo de teste foi diluído com ar ambiente em um relação
média de 1:5 a 1:10. A composição foi extraída através de um sistema especial de
bombas, de modo que o fluxo volumétrico total, composto pelo gás de exaustão e
pelo ar de diluição, permanecesse constante. Uma amostra representativa foi
extraída continuamente do fluxo de gás de exaustão diluído e coletada em um ou
mais sacos de amostra. Assim, a concentração dos componentes do gás de
exaustão em um saco de amostra, no final do processo de enchimento, permaneceu
idêntica ao valor médio da sua concentração no gás de exaustão diluído durante o
processo em que os sacos foram cheios.
Simultaneamente, à medida que os sacos de amostra de gás de exaustão
foram cheios, foi tomada uma amostra do ar de diluição e coletada em um ou mais
sacos de amostras para medir a concentração de poluente no ar de diluição. O
processo de enchimento dos sacos de amostra do gás de exaustão corresponde, em
geral, às fases ou ciclos parciais e que os ciclos de testes são divididos. A massa de
poluente emitida durante o teste foi calculada a partir do volume total do gás de
exaustão diluído e das concentrações dos componentes poluentes nos sacos de
amostra de gás de exaustão e ar. Neste trabalho foi empregado o sistema de
medição de gases Horiba Série 7200, que utiliza o sistema de diluição do método do
108

venturi de fluxo crítico (CFV). No método CFV um tubo do tipo venturi e uma
ventoinha padrão são usados no estado crítico.
4.2.5.4 Medição da emissão de material particulado
Adicionalmente aos poluentes gasosos, materiais particulados sólidos foram
também medidos, visto que constituem poluentes sujeitos ao controle da legislação.
O processo gravimétrico foi adotado para medir as emissões de materiais
particulados. No processo é retirada uma amostra de parte do gás de exaustão
diluído no túnel de diluição durante o ciclo de emissões, e direcionada em seguida
aos filtros de particulados. A carga de particulados é calculada a partir do peso dos
filtros de particulados antes e depois do teste. A fração do gás de exaustão foi
amostrada no centro do tubo de exaustão de modo a direcionar um fluxo controlado
através de um filtro Pallflex T60A20, de 47 mm de diâmetro, instalado no interior de
um porta-filtro de aço inox. Os filtros foram condicionados antes de toda pesagem
em uma câmara climática com controle de temperatura entre 20 ºC e 30 ºC e
umidade entre 30 e 70%. Para isso, o filtro foi colocado em uma placa de Petri
dentro de um dessecador de vidro por uma hora antes da pesagem. A pesagem foi
realizada antes e após a retirada da amostra de gases, determinando assim o total
de massa de material particulado coletado no filtro. Para tal foi utilizada uma balança
digital do fabricante Sartorius, modelo M5P-000V001, com capacidade para 1500 mg
e resolução de 0,001 mg. Para cada operação de pesagem do filtro, a balança é
aferida com um filtro padrão antes do teste subsequente.
4.3 Caracterização das amostras de combustível
As amostras das misturas de óleo diesel e biodiesel foram analisadas no
Laboratório Químico da Engenharia de Materiais/Divisão Química da FIAT
Automóveis S/A. As propriedades mensuradas foram determinadas com os
respectivos métodos de teste descritos na Tabela 10.
109

TABELA 10
Propriedades ensaiadas e respectivos métodos.
PROPRIEDADE MÉTODO DE ENSAIO
Densidade NBR 7148 / NBR 14065 / ASTM D 1298
Viscosidade Cinemática ASTM D 445 / NBR 10441
Viscosidade Dinâmica ASTM D 445 / NBR 10441
Temperaturade Destilação NBR 9619 / ASTM D 86
Teor de Enxofre ASTM D 5453
Entupimento a Frio ABNT 14747 / ASTM D6371
Acidez ASTM D 664 / ABNT 14448 / EN 14104
Estabilidade Oxidativa ASTM D 525
Fonte: ANP, 2006; ANP, 2008
110

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados deste trabalho são apresentados divididos nos seguintes
tópicos: propriedades físico-químicas dos combustíveis, consumo de combustível,
partida a frio abaixo de 0°C, emissões de gases poluentes na exaustão e
temperatura do catalisador.
5.1 Propriedades físico-químicas dos combustíveis
A Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis – ANP
regulamenta o uso de combustíveis no Brasil. A resolução ANP nº 15, de 17/072006,
publicada no Diário Oficial da União em 19/07/2006, estabelece as especificações
de óleo diesel e mistura óleo diesel/biodiesel (B4) para uso rodoviário e
comercialização em todo o território nacional. O biodiesel é regulamentado pela
resolução ANP nº 7, de 19/03/2008, publicada no Diário Oficial da União em
20/03/2008. Através do regulamento técnico ANP nº 1/2008, esta resolução
estabelece as características do B100 a ser adicionado ao óleo diesel
comercializado no país, atualmente na proporção de 4% v/v. As características dos
combustíveis apresentadas, que influenciam no consumo e emissões, são
resultantes de análises das misturas de óleo diesel e biodiesel conforme a
Resolução ANP nº 15, de 17/07/2006. Com o propósito de fornecer subsídios às
análises dos resultados de emissões e performance observados experimentalmente,
são apresentadas a seguir as propriedades analisadas dos combustíveis testados.
5.1.1 Viscosidade
A faixa de viscosidade cinemática a 40 ºC especificada pela ANP para o
biodiesel é de 3,0 a 6,0 mm 2 /s. Para o óleo diesel a faixa é de 2,0 a 5,0 mm 2 /s. O
óleo diesel S10 Euro IV tem especificado pela norma EN 590:2004 a faixa de 2,0 a
111

4,5 mm 2 /s. Na FIGURA 23 pode-se constatar que todas as misturas de combustíveis
apresentam valores de viscosidade cinemática dentro dos limites prescritos em
norma. A afirmação também é válida para o biodiesel puro de soja (B100). A
viscosidade para todos os combustíveis se reduz com o aumento da temperatura,
cujas curvas de tendência poderiam ser descritas por funções logarítmicas (REID et
al. 1987). A uma dada temperatura a mistura de biodiesel ao óleo diesel mineral
aumenta a viscosidade da mistura, embora não haja uma relação direta com a
concentração adicionada. Para todas as temperaturas o combustível B100
apresenta a maior viscosidade; contudo, a viscosidade apresentada pela mistura B3
é maior que as apresentadas pelas misturas B10 e B20. A FIGURA 24 mostra a
viscosidade dinâmica dos combustíveis, derivada do produto da viscosidade
cinemática pela massa específica.
O aumento da viscosidade do combustível promovido pelo biodiesel de soja
(FIG. 23 e FIG. 24) deve exercer impacto sobre a dinâmica do jato de combustível,
aumentando a sua velocidade e distância de penetração. Por consequência, obtém-
se um aumento da quantidade de movimento turbulento do jato e, deste modo, um
aumento da taxa de preparação da mistura ar-combustível quando adicionado
biodiesel ao óleo diesel. De acordo com Tsuji e Neto (2008), o efeito negativo
esperado deste aumento da viscosidade do combustível é a ampliação do desgaste
nos componentes do motor, tais como trem de engrenagens e eixo do comando de
válvulas, devido à maior pressão de injeção. A viscosidade do biodiesel é
influenciada pelo tamanho de sua molécula e pelo aumento de insaturações da
molécula, e está diretamente relacionada com a origem do óleo vegetal ou gordura.
A adição de etanol ao combustível B20 reduz a viscosidade da mistura com
biodiesel e óleo diesel mineral (FIG. 24 e FIG. 25), concordando com as afirmações
de Hansen et al. (2005). A redução na viscosidade da mistura promovida pelo etanol
é aproximadamente proporcional à concentração deste. Para qualquer temperatura
a mistura B20E5 sempre apresenta menor valor de viscosidade que a mistura B20E2
que, por sua vez, é menor que aquela apresentada por B20. Para altas temperaturas
a viscosidade da mistura B20E5 se aproxima daquela apresentada pelo combustível
de referência, o óleo diesel mineral S10. Assim, a adição de etanol na mistura pode
se contrapor aos efeitos negativos gerados pela elevação da viscosidade do
combustível diesel pela mistura com o biodiesel.
112

VISCOSIDADE CINEMÁTICA (mm 2/s)
VISCOSIDADE DINÂMICA (mPa.s)
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
S10
20 30 40 50 60 70 80 90 100
TEMPERATURA ( OC)
B3
B10
B20
B20E2
B20E5
B100
Figura 23: Viscosidade Cinemática para as diferentes misturas de biodiesel.
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
S10
20 30 40 50 60 70 80 90 100
TEMPERATURA ( OC)
B3
B10
B20
B20E2
B20E5
B100
Figura 24: Viscosidade Dinâmica para as diferentes misturas de biodiesel.
113

5.1.2 Massa específica
A FIGURA 25 mostra que a massa específica do combustível aumenta com a
mistura de biodiesel e etanol ao óleo diesel, para todas as temperaturas testadas.
Em geral, a densidade apresenta um decréscimo linear com o aumento da
temperatura. Com exceção do B100, todos os combustíveis testados atendem a
especificação de máxima massa específica (865 kg/m 3 a 20°C) para o combustível
diesel destinado ao uso metropolitano. Os resultados das misturas com biodiesel
concordam com Valente (2007), que afirma que, para uso o urbano, a concentração
de biodiesel na mistura não deve ultrapassar 25% para atender o limite máximo de
massa específica do combustível diesel. Como os sistemas de injeção de
combustível operam por deslocamento volumétrico fixo, o aumento na massa
específica do combustível incrementa a massa total injetada. Assim, a adição do
biodiesel e do etanol no óleo diesel mineral potencializa o aumento da potência e
das emissões de hidrocarbonetos, monóxido de carbono e fuligem, se forem
mantidas as condições originais de operação do motor.
MASSA ESPECÍFICA × 10 -3 (kg/m 3 )
0.920
0.900
0.880
0.860
0.840
0.820
0.800
0.780
0.760
20 30 40 50 60 70 80 90 100
TEMPERATURA ( O C)
Figura 25: Massa específica para as diferentes misturas de biodiesel.
S10
B3
B10
B20
B20E2
B20E5
B100
114

5.1.3 Teor de Enxofre
A FIGURA 26 apresenta teor de enxofre decrescente nas misturas com
concentrações crescentes de biodiesel de óleo de soja no óleo diesel mineral. Nota-
se que a quantidade de enxofre é praticamente nula para biodiesel de óleo de soja
puro (B100). Todas as amostras contendo biodiesel apresentaram teor de enxofre
inferior ao estabelecido pelas normas vigentes para aplicações metropolitanas, de
500 mg/kg. As misturas com concentrações de biodiesel de óleo de soja superiores
a 90% permitiriam reduzir o teor de enxofre a valores inferiores a 10 mg/kg,
atendendo as especificações para o combustível diesel S10 Euro IV. Vale ressaltar
que, com a adição de etanol na mistura óleo diesel-biodesiel, espera-se uma
redução proporcional à concentração do álcool na formação de SO2, uma vez que o
enxofre é ausente naquela substância.
Os óxidos de enxofre são percursores para a formação de ácido sulfúrico, e
nesse contexto, sua concentração na atmosfera em grau elevado, provoca, quando
precipitado, chuva ácida. A redução da concentração de enxofre pela adição de
biodiesel ou etanol no óleo diesel mineral representa uma significativa redução de
custo no processo de produção deste combustível.
As novas tecnologias de controle de poluentes, como, por exemplo, o filtro
para material particulado, são restritas as aplicações com teor de enxofre menor do
que 50 ppm devido a formação de SO2 no filtro, sendo proibitivo o uso desta
tecnologia em países com combustível alto teor de enxofre. A presença de elevados
percentuais de enxofre no óleo diesel aumenta a quantidade de material particulado
gerado no processo de combustão. Como resultado, a emissão de fumaça é
aumentada, principalmente na fase de aquecimento do motor. Nos países europeus
a eliminação do enxofre do óleo diesel ocorre pelo processo de hidrogenação nas
refinarias de petróleo. Como a lubricidade do óleo diesel mineral dessulfurado é
reduzida, a correção é realizada através da adição de aditivos químicos ao diesel
mineral. Os óleos vegetais e as gorduras de animais não possuem enxofre, o
biodiesel e o etanol são praticamente isentos desse elemento, podendo, assim,
auxiliar na redução das emissões de material particulado e SO2. Adicionalmente,
como sua lubricidade é elevada, o biodiesel pode ser utilizado como aditivo
ecológico ao óleo diesel mineral dessulfurado para melhoria desta propriedade.
115

TEOR DE ENXOFRE (mg/kg)
125
100
75
50
25
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
CONCENTRAÇÃO DE BIODIESEL (%)
Figura 26: Teor de Enxofre para as diferentes misturas de biodiesel.
5.1.4 Temperatura de destilação
A FIGURA 27 mostra as curvas de destilação dos combustíveis testados,
exceto para B100, por limitação do equipamento utilizado. A partir da análise da
temperatura T80 pode-se afirmar que todas as misturas de óleo diesel mineral e
biodiesel de óleo de soja apresentam elevada estabilidade, o que é desejável do
ponto de vista da volatilidade das frações pesadas do combustível. Segundo Keith
(1995), a análise desta temperatura visa controlar o teor de frações pesadas no
combustível diesel com o objetivo de minimizar a formação de depósitos no motor,
as emissões gasosas de hidrocarbonetos não queimados, de óxidos de nitrogênio e
a emissão de fumaça preta. Outro importante indicador é a temperatura T85, que,
juntamente com a temperatura T90, mostra a tendência do combustível para produzir
fumaça (OWEN; COLEY, 1995). A curva de destilação do óleo diesel S10 pode ser
considerada como um referencial para a legislação de controle de emissões de
poluentes brasileira, uma vez que este combustível atende ao limite Euro IV.
116

Conforme pode ser observado na FIGURA 27, a adição de etanol na mistura
B20 modificou a forma das curvas de destilação em temperaturas abaixo de T40
(~275 ºC). A análise comparativa das curvas de destilação de B20, B20E2 e B20E5
permite concluir que, quanto maior o conteúdo de etanol na mistura óleo diesel-
biodiesel, mais volátil é o combustível. Como indicador, a adição de etanol na
mistura reduziu a temperatura T10, correspondente a 10% de volume de combustível
evaporado, que indica a facilidade do combustível para volatilizar-se. A volatilidade,
ou volatilização, é a capacidade de uma substância passar da fase líquida para a
fase vapor, processo necessário para que a ignição se realize. A volatilidade dos
combustíveis utilizados nos motores com ignição por compressão tem influência na
potência, na formação de fuligem e depósitos na câmara de combustão e no sistema
de exaustão dos motores. Quanto mais volátil for o combustível, menor será a
quantidade de fuligem e resíduos que se formarão na exaustão e na câmara de
combustão. Assim, com a adição de etanol à mistura de biodiesel e óleo diesel
mineral, espera-se a redução na formação de fuligem e material particulado.
TEMPERATURA DE DESTILAÇÃO ( O C)
400
350
300
250
200
150
100
50
S10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
VOLUME RECUPERADO (%)
B3
B5
B10
B20
B20E2
B20E5
Figura 27: Curva de destilação para as diferentes misturas de biodiesel.
117

5.1.5 Índice de cetano
Na FIGURA 28 pode ser observado que a adição de até 20% de biodiesel no
óleo diesel mineral S500 não altera significativamente o índice de cetano. Ressalta-
se que o óleo diesel metropolitano base para as misturas com biodiesel e etanol
(S500) apresenta número de cetano superior ao do óleo diesel mineral apresentado
como referência (S10). A adição de etanol anidro na mistura com óleo diesel-
biodiesel causou uma substancial redução no índice de cetano. Este resultado está
de acordo com o mencionado por Hansen et al. (2005), acusando que o aumento da
concentração de etanol no óleo diesel provoca a diminuição proporcional do número
de cetano da mistura. Reduzidos valores do índice de cetano acarretam dificuldade
de partida a frio, depósito de carvão nos pistões e mau funcionamento do motor.
Estes efeitos limitam a concentração de etanol que pode ser utilizado misturado ao
óleo diesel e ao biodiesel. O índice de cetano apresentado na FIGURA 28 foi
calculado pelas Eqs. (1) e (2).
ÍNDICE DE CETANO (ASTM D 4737)
53.0
52.0
51.0
50.0
49.0
48.0
47.0
46.0
45.0
S10 B3 B10 B20 B20E2 B20E5
Figura 28: Índice de cetano para as misturas de biodiesel.
118

5.1.6 Ponto de entupimento de filtro a frio – CFPP
O ponto de entupimento de filtro a frio determinado pelos testes com as
misturas de óleo diesel-biodiesel apresenta valores inferiores ao valor máximo de
0ºC (FIG. 29), estabelecido pela legislação brasileira. Destaca-se o baixo valor de
CFPP do óleo diesel S10, igual a -26ºC. O óleo diesel S10 tem o CFPP especificado
na faixa de +5 a -44ºC para países árticos e de inverno severo, conforme a norma
EN590 (ECS, 2009). É observada uma diferença significativa somente entre o CFPP
do combustível S10 e as demais misturas de biodiesel com óleo diesel S500.
Ressalta-se que a adição de etanol ao B20 nas concentrações de 2 e 5% não
alteraram seu CFPP, igual a -7 ºC. Tal característica tem influência na performance
da partida a frio do motor em condição sub-zero. O ponto de entupimento representa
a temperatura ambiente na qual o óleo diesel começa a causar entupimento de
filtros, dificuldade de bombeamento e de atomização da mistura ar-combustível para
queima na câmara de combustão. Estes problemas são causados pela cristalização
das parafinas presentes no combustível sob baixa temperatura e pela água
(REZENDE; ÁVILA, 2008).
TEMPERATURA (ºC)
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
S10 B3 B10 B20 B20E2 B20E5 B100
Figura 29: CFPP para as diferentes misturas de biodiesel.
119

5.2 Consumo de combustível
Considerando que o etanol apresenta um baixo poder calorífico inferior
(Tabela 11), é esperado um aumento no consumo de combustível quando o etanol é
misturado ao óleo diesel ou biodiesel. Porém, no caso de concentrações de até 10%
v/v de etanol em misturas com o óleo diesel e/ou biodiesel, as reduções na
performance do motor são diminutas, conforme pode ser verificado na Tabela 11.
TABELA 11
Poder calorífico inferior de diversos combustíveis.
COMBUSTÍVEL PODER CALORÍFICO INFERIOR
(MJ/kg)
FONTE
Óleo Diesel 43 Heywood, 1998
Óleo Diesel + 10% etanol 40 Lapuerta, 2008
Biodiesel B100 de soja 38 Kegl, 2008b
Etanol 27 Heywood, 1995
Com o objetivo de possibilitar um comparativo do desempenho do motor
unicamente devido às diferenças entre as características físico-químicas dos
combustíveis testados, o sistema de auto-adaptação dos parâmetros de operação
do motor foi desabilitado. Este sistema adapta o motor às variações impostas pelo
uso de diferentes combustíveis, dentro de um limite. Mesmo com o sistema de auto-
adaptação desabilitado, não foram apresentadas diferenças significativas de
consumo para os diversos combustíveis testados, como mostra a FIGURA 30. O
consumo de combustível das misturas foi medido segundo o ciclo FTP-75, como
relatado no item 4.2.2. Os resultados encontrados nas circunstâncias descritas são
divergentes daqueles relatados por outros autores. Ribeiro et al. (2008) relatam um
estudo em que a adição de 4% de etanol ao óleo diesel aumentou a potência de
saída do motor e reduziu o consumo específico de combustível. Em oposição, os
mesmos autores mencionam um outro estudo em que ocorreu uma leve redução na
potência e um aumento em 9% no consumo específico de combustível com o uso de
concentrações superiores a 20% de etanol no óleo diesel. As diferentes condições
de operação dos motores nestes trabalhos influenciaram nos resultados obtidos.
120

CONSUMO DE COMBUSTÍVEL (km/l)
16.0
15.5
15.0
14.5
14.0
15.15
15.29
15.44
15.16 15.26
15.41
S10 B3 B5 B10 B20 B20E2 B20E5
Figura 30: Consumo de combustível para as diferentes misturas de biodiesel.
5.3 Tempo de partida a frio
15.11
As misturas B20, B20E2 e B20E5 possuem elevada volatilidade sob
temperaturas de destilação abaixo de T30 (ver FIG. 27), o que indica uma maior
facilidade do combustível em volatilizar, auxiliando o início da queima da mistura e,
consequentemente, o início de funcionamento do motor em condições ambientais de
temperaturas abaixo de 0ºC. Neste trabalho foi realizado o teste de partida a frio na
temperatura ambiente de -5ºC, que representa a menor temperatura média invernal
do Brasil. Antes de cada teste o veículo foi condicionado em uma câmara climática
por 12 horas. A FIGURA 31 mostra que a do motor térmico não foi dificultosa,
apresentando um tempo de partida curto para todas as misturas, considerando que
o tempo de partida a frio é considerado aceitável até 3,0 s. Este resultado está de
acordo com o estudo realizado por Lapuerta et al. (2007), que afirmam que misturas
de óleo diesel com até 10% v/v de etanol podem ser utilizadas em motores diesel em
países nos quais as temperaturas no inverno não atingem valores abaixo de -5ºC.
121

TEMPO DE PARTIDA (ms)
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
S10 B3 B5 B10 B20 B20E2 B20E5
Figura 31: Tempos de partida a frio para as diferentes misturas de biodiesel.
5.4 Emissões na exaustão
5.4.1 Dióxido de carbono
Na FIGURA 32 pode-se verificar uma tendência de aumento das emissões de
CO2 à medida que a concentração do biodiesel aumenta na mistura com o óleo
diesel mineral, mantendo-se aproximadamente estável entre B10 e B20. O aumento
da formação de CO2 é devido à alta relação carbono/hidrogênio e à presença de
oxigênio na molécula do biodiesel. Por outro lado, uma diminuição substancial na
emissão de CO2 ocorre quando o etanol é adicionado ao combustível B20. Este
resultado concorda com a observação de He et al. (2003), que constataram que,
com o aumento do conteúdo de etanol na mistura com óleo diesel, ocorre uma
diminuição nas emissões de CO2. Tal fato é explicado pela baixa relação
carbono/hidrogênio na molécula do etanol. Assim, o uso de etanol misturado ao óleo
diesel e biodiesel se mostra importante para o controle do aquecimento global.
122

CO 2 (g/km)
172.5
170.0
167.5
165.0
162.5
160.0
S10 B3 B5 B10 B20 B20E2 B20E5
Figura 32: Emissões de CO2 na exaustão para as diferentes misturas de biodiesel.
5.4.2 Monóxido de carbono
Na FIGURA 33 verifica-se que o aumento da concentração de biodiesel no
combustível não implica em variações significativas nas emissões de CO, por
comparação entre as misturas B3, B10 e B20. Porém, as emissões de CO
aumentaram proporcionalmente à concentração de etanol adicionada na mistura
B20. Novamente, este resultado concorda com aqueles obtidos por He et al. (2003),
que também constataram que o aumento do conteúdo de etanol na mistura com o
óleo diesel gera um aumento nas emissões de CO. O aumento da formação de CO
com o uso de etanol misturado ao óleo diesel é devido à redução da temperatura de
combustão e o conseqüente resfriamento da chama. Este último efeito é causado
pelo elevado calor latente de vaporização do etanol, resultando em reduzida taxa de
oxidação do CO em CO2.
123

CO (g/km)
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
5.4.3 Hidrocarbonetos
LIMITE EURO III: 0,64 (g/km)
S10 B3 B5 B10 B20 B20E2 B20E5
Figura 33: Emissões de CO para as diferentes misturas de biodiesel.
A FIGURA 34 mostra uma redução nas emissões de hidrocarbonetos com o
aumento da concentração de biodiesel na mistura com o óleo diesel, e um aumento
na concentração de HC com a adição de etanol ao B20. Este comportamento pode
estar vinculado ao índice de cetano da mistura, que aumenta com a concentração de
biodiesel e se reduz com a adição de etanol (ver FIG. 28). O aumento do índice de
cetano reduz o atraso da ignição e a queima incompleta de combustível,
consequentemente reduzindo as emissões de HC. O efeito contrário ocorre com a
redução do índice de cetano proporcionado pelo etanol. Os resultados encontrados
concordam com He et al. (2003), que observaram que o aumento da concentração
de etanol na mistura com o óleo diesel aumenta as emissões de HC. Segundo os
autores, o aumento das emissões de HC pode advir da vaporização mais lenta do
etanol ou da heterogeneidade da sua mistura com o óleo diesel, que contribui para o
empobrecimento da mistura em algumas regiões da câmara de combustão.
124

HC (g/km)
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
S10 B3 B5 B10 B20 B20E2 B20E5
Figura 34: Emissões de HC para as diferentes misturas de biodiesel.
5.4.4 Óxidos de nitrogênio
Na FIGURA 35 pode ser observado que as emissões de NOX aumentam com
concentrações moderadas de biodiesel (B10 e B20) e se reduzem com a adição de
etanol (B20E2 e B20E5). O maior índice de cetano do biodiesel em relação ao óleo
diesel (ver FIG. 28) produz maiores temperaturas de combustão que, adicionadas à
presença de oxigênio na molécula do biodiesel, aumentam a formação de NOX com
o uso das misturas B10 e B20. Por outro lado, uma vez que o poder calorífico do
etanol é baixo, maior é a quantidade dos combustíveis B20E2 e B20E5 injetada para
suprir a demanda de potência em relação à mistura B20, intensificando a
vaporização de combustível e o resfriamento da câmara de combustão. Assim, os
picos de pressão e temperatura são reduzidos e, consequentemente, a taxa de
formação de NOX também é reduzida. Como observado neste trabalho, He et al.
(2003) também constataram que o aumento do conteúdo de etanol na mistura com
óleo diesel acarreta em uma redução nas emissões de NOX.
125

NO x (g/km)
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
LIMITE EURO III: 0,50 (g/km)
S10 B3 B5 B10 B20 B20E2 B20E5
Figura 35: Emissões de NOX para as diferentes misturas de biodiesel.
5.4.5 Material particulado
Conforme os resultados apresentados na FIGURA 36, o uso de
concentrações moderadas de biodiesel na mistura com o óleo diesel reduz as
emissões de material particulado, enquanto a adição de etanol aumenta as
emissões de MP. No primeiro caso, a redução da formação de material particulado
se dá devido ao aumento do índice de cetano do combustível pelo uso do biodiesel.
A situação inversa ocorre com a adição de etanol nas misturas B20E2 e B20E5
devido ao menor índice de cetano no álcool. Estes resultados estão de acordo com
Owen e Coley (1995), que afirmam que o baixo número de cetano resulta em
aumento de material particulado e ruído, e Valente (2007), que constatou que o
aumento da concentração de biodiesel na mistura com o óleo diesel produz menor
quantidade de fuligem na exaustão. Ribeiro et al. (2008) afirmam que o uso de
aditivos para aumentar o número de cetano em misturas de óleo diesel com etanol
pode reduzir a formação de material particulado.
126

MATERIAL PARTICULADO (g/km)
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
LIMITE EURO III: 0,05 (g/km)
S10 B3 B5 B10 B20 B20E2 B20E5
Figura 36: Emissões de MP para as diferentes misturas de biodiesel.
5.5 Temperatura do catalisador
Degobert (1995) destaca que os gases de exaustão de motores diesel,
comparando aos de motores com ignição por centelha, são caracterizados por uma
elevada proporção de oxigênio residual, um baixo conteúdo de CO e HC e elevado
grau de NOX. Os motores diesel operam com baixas temperaturas do gás de
exaustão no percurso urbano, inferiores a 450ºC, atingindo 750ºC em estradas.
Sales (2001), testando um motor com ignição por centelha operando com etanol,
observou que cerca de 40% dos hidrocarbonetos emitidos na exaustão durante o
ciclo de emissões FTP-75 ocorre nos primeiros 50 s. As emissões de aldeídos e
monóxido de carbono também são maiores neste período, não havendo o
catalisador atingido a temperatura ideal de operação. Observa-se na FIGURA 37
que as misturas contendo etanol (B20E2 e B20E5) proporcionaram maior
temperatura do catalisador no início do ciclo de emissões NEDC, podendo auxiliar
na oxidação de HC, CO e aldeídos nesta fase.
127

TEMPERATURA (°C)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
S10
B5
B10
B20
B20E 2
B20E 5
Ci cl o N E DC
0 200 400 600 800 1000 1200
TEMPO (s)
140
120
100
Figura 37: Temperaturas no centro do catalisador para as diferentes misturas de biodiesel.
80
60
40
20
0
128
VELOCIDADE (km/h)

6 CONCLUSÕES
Neste capítulo são sumarizadas as principais conclusões obtidas neste
trabalho. São também fornecidas sugestões para trabalhos futuros.
6.1 Propriedades físico-químicas dos combustíveis
− Todas as misturas de biodiesel testadas, incluindo o biodiesel de soja puro
(B100), têm viscosidade cinemática a 40°C abaixo do limite estabelecido para
aplicações a motores diesel, de 5 mm 2 /s.
− As misturas testadas contendo até 20% de biodiesel de soja e até 5% de
etanol anidro estiveram dentro do limite de 865 kg/m 3 , estabelecido pela atual
legislação para o óleo diesel metropolitano. O combustível B100 apresentou
massa específica inferior a 900 kg/m 3 .
− Todas as misturas de biodiesel apresentaram teor de enxofre inferior ao
estabelecido pelas normas vigentes para aplicações metropolitanas, de 500
mg/kg. Concentrações de biodiesel superiores a 55% permitem reduzir o teor
de enxofre a valores inferiores a 50 mg/kg, atendendo as especificações
estabelecidas para o óleo diesel S50 (contendo 50 mg/kg de enxofre)
comercializado nas principais capitais do Brasil. Adicionalmente, misturas com
concentrações de biodiesel de óleo de soja superiores a 90% permitem
reduzir o teor de enxofre a valores inferiores a 10 mg/kg, atendendo as
especificações européias para o óleo diesel S10 (10 mg/kg de enxofre) na
legislação de emissões Euro IV.
− As curvas de destilação das misturas contendo biodiesel e etanol se situaram
dentro dos limites estabelecidos pela legislação atual para combustíveis
diesel.
− A adição do etanol anidro reduziu o índice de cetano nas misturas B20E2 e
B20E5 comparativamente à mistura B20. Não obstante, todas as misturas
testadas apresentaram índice de cetano acima do limite especificado.
129

6.2 Consumo de combustível
− A utilização de misturas de óleo diesel com até 20% de biodiesel e 5% de
etanol não resultam em variações significativas no consumo de combustível
com relação ao óleo diesel mineral.
6.3 Tempo de partida a frio
− Não ocorreu dificuldade na partida do motor sob a temperatura ambiente de -
5°C operando com as misturas de óleo diesel e biodiesel, nem mesmo com a
mistura contendo 20% de biodiesel e 5% de etanol (B20E5). Todavia, foram
constatados inconvenientes transitórios durante a fase de aquecimento do
motor, tais como oscilação da velocidade angular do motor e elevação do
ruído gerado pela queima da misturas contendo biodiesel. Quanto à
dirigibilidade durante o período de aquecimento do veículo, constatou-se uma
maior disponibilidade de potência nas acelerações e nas retomadas com o
uso das misturas contendo etanol.
6.4 Emissões de gases da exaustão pelas diferentes misturas de biodiesel
− Com o aumento do conteúdo de biodiesel na mistura com o óleo diesel
ocorreu um aumento nas emissões de CO2. Contudo, as emissões de CO2
foram reduzidas com a adição de etanol na mistura contendo 20% de
biodiesel em óleo diesel.
− Para concentrações de biodiesel de até 20% na mistura com o óleo diesel
mineral as emissões de monóxido de carbono apresentaram pouca variação.
Contudo, o nível de emissão de CO foi maior para os combustíveis contendo
etanol adicionado à mistura do biodiesel com o óleo diesel mineral.
− Uma ligeira tendência de redução nas emissões de hidrocarbonetos foi
observada à medida que a concentração de biodiesel em óleo diesel
130

aumenta, até o limite de 20%. A adição de etanol na mistura contendo 20%
de biodiesel aumentou as emissões de HC.
− As emissões de óxidos de nitrogênio foram ligeiramente aumentadas para as
misturas contendo concentrações moderadas de biodiesel (B10 e B20). Com
a adição de 2 a 5% de etanol na mistura B20 os níveis de emissões de NOX
foram reduzidos para aquele do óleo diesel mineral.
− Com o aumento da concentração de biodiesel na mistura, menor emissão de
material particulado foi verificada. Entretanto, os combustíveis contendo
etanol adicionado à mistura apresentaram um aumento na emissão de
material particulado.
6.5 Temperatura do Catalisador
− Operando o motor com as misturas contendo etanol (B20E2 e B20E5) o
catalisador apresentou maior temperatura nos primeiros 50 s do ciclo de
emissões, período em que a formação de HC, CO e aldeídos na câmara de
combustão é mais intensa. A elevada temperatura do catalisador amplia a sua
eficiência de conversão dos gases poluentes em componentes inofensivos à
saúde humana. A mistura contendo 5% de biodiesel (B5) também apresentou
resultado similar.
6.6 Sugestões para trabalhos futuros
− Sugere-se a realização de estudos relativos à adaptação do sistema de
injeção de combustível às diferentes misturas contendo biodiesel e etanol. Os
resultados deste trabalho indicam que possíveis modificações no tempo de
injeção, período de injeção, pressão de injeção e nas características
geométricas do injetor podem ampliar os benefícios relatados pela utilização
de misturas contendo óleo diesel, biodiesel e etanol.
131

− Outro trabalho sugerido é a investigação da durabilidade do catalisador, do
motor e dos componentes do sistema de injeção de combustível com o uso de
misturas contendo biodiesel e baixos teores de etanol.
− Finalmente, sugere-se o estudo da combustão na câmara de motores de
ignição por compressão operando com misturas de biodiesel por meio de
simulação computacional, tendo por meta a redução do consumo de
combustível e das emissões de poluentes.
132

REFERÊNCIAS
AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS-
ANP. Resolução ANP Nº 36/2005. Disponível em: < http://nxt.anp.gov.br/NXT/
gateway.dll?f=templates&fn=default.htm&vid=anp:10.1048/enu>. Acesso em: 07 set.
2009.
AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS-
ANP. Resolução ANP Nº 15/2006. Disponível em: < http://nxt.anp.gov.br/NXT/
gateway.dll?f=templates&fn=default.htm&vid=anp:10.1048/enu>. Acesso em: 07 set.
2009.
AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS-
ANP: Resolução ANP Nº 32/2007. Disponível em: http://nxt.anp.gov.br/NXT/
gateway.dll/leg/resolucoes_anp/2006/julho/ranp%2015%20-%202006.xml?f=
templates$fn=default.htm&sync=1&vid=anp:10.1048/enu> Acesso em: 07 set. 2009.
AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS-
ANP. Resolução ANP Nº 7/2008. Disponível em: < http://nxt.anp.gov.br/NXT/
gateway.dll?f=templates&fn=default.htm&vid=anp:10.1048/enu>. Acesso em: 07 set.
2009.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D4176: Standard
Test Method for Free Water and Particulate Contamination in Distillate Fuels (Visual
Inspection Procedures). Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken, v.
5, n. 2, 2002.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D1500: Standard
Test Method for ASTM Color of Petroleum Products (ASTM Color Scale). Annual
Book of ASTM Standards. West Conshohocken, 2001.
133

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D86: Standard Test
Method for Distillation of Petroleum Products at Atm ospheric Pressure. Annual
Book of ASTM Standards. West Conshohocken, 2009a.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D1298: Standard
Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), or API Gravity of Crude
Petroleum and Liquid Petroleum Products by Hydrometer Method. Annual Book of
ASTM Standards. West Conshohocken, 2009b.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D4052: Standard
Test Method for Density and Relative Density of Liquids by Digital Density Meter.
Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken, 2009c.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D613: Standard
Test Method for Cetane Number of Diesel Fuel Oil. Annual Book of ASTM
Standards. West Conshohocken, 2009d.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D4737: Standard
Test Method for Calculated Cetane Index by Four Variable Equation. Annual Book
of ASTM Standards. West Conshohocken, 2009e.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D130: Standard
Test Method for Corrosiveness to Copper from Petroleum Products by Copper Strip
Test. Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken, 2009f.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D524: Standard
Test Method for Ramsbottom Carbon Residue of Petroleum Products. Annual Book
of ASTM Standards. West Conshohocken, 2009g.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D1796: Standard
Test Method for Water and Sediment in Fuel Oils by the Centrifuge Method
(Laboratory Procedure). Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken,
2009h.
134

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D482: Standard
Test Method for Ash from Petroleum Products. Annual Book of ASTM Standards.
West Conshohocken, 2009i.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D445: Standard
Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and
Calculation of Dynamic Viscosity). Annual Book of ASTM Standards. West
Conshohocken, 2009j.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D6371: Standard
Test Method for Cold Filter Plugging Point of Diesel and Heating Fuels. Annual Book
of ASTM Standards.. West Conshohocken, 2009k.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D93: Standard Test
Methods for Flash Point by Pensky-Martens Closed Cup Tester. Annual Book of
ASTM Standards. West Conshohocken, 2009l.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D6079: Standard
Test Method for Evaluating Lubricity of Diesel Fuels by the High-Frequency
Reciprocating Rig (HFRR). Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken,
2009m.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D97: Standard Test
Method for Pour Point of Petroleum Products. Annual Book of ASTM Standards.
West Conshohocken, 2009n.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D2500: Standard
Test Method for Cloud Point of Petroleum Products. Annual Book of ASTM
Standards. West Conshohocken, 2009o.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D6751: Standard
Specification for Biodiesel Fuel Blend Stock (B100) for Middle Distillate Fuels. Annual
Book of ASTM Standards. West Conshohocken, 2009p.
135

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 10312:
Veículos rodoviários automotores leves: Determinação da resistência ao
deslocamento por desaceleração livre em pista de rolamento e simulação em
dinamômetro. Rio de Janeiro, 2009.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 13037:
Veículos rodoviários automotores: Gás de escapamento emitido por motor
diesel em aceleração livre: Determinação da opacidade. Rio de Janeiro, 2001.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 6601: Veículos
rodoviários automotores leves: Determinação de hidrocarbonetos, monóxido de
carbono, óxidos de nitrogênio, dióxido de carbono e material particulado no gás de
escapamento. Rio de Janeiro, 2005.
BASSHUYSEN, Richard Van; SCHAEFER, Fred. Internal Combustion Engine
Handbook – Basics, Components, Systems, and Perspectives. Warrendale: SAE
International, 2004.
BOSCH, Robert. Manual de Tecnologia Automotiva/Robert Bosch. São Paulo:
Edgard Blucher, 2005.
BRASIL. Ministério das Minas e Energia. Secretaria de Petróleo, Gás Natural e
Combustíveis Renováveis. Boletim Mensal dos Combustíveis Renováveis –
Janeiro 2009. 13. ed., jan. 2009a. Disponível em: < http://www.mme.gov.br/site/
news/detail.do;jsessionid=5359E9D3BB0315F258ACBECB91C02241?newsId=1828
4>. Acesso em: 23 abr. 2009.
BRASIL. Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Boletim
Mensal de Biodiesel. , 04 mai. 2009b. Disponível em: < http://www.anp.gov.br/ >.
Acesso em: 13 mai. 2009.
BIOQUEROSENE é destaque. Biodieselbr, 01 maio. 2007. Disponível em: <
http://www.biodieselbr.com/noticias/energia/bioquerosene-destaque-piaui-01-05-
07.htm>. Acesso em: 23 jun. 2009.
136

CANAKCI, Mustafa. Combustion characteristics of a turbocharged DI compression
ignition engine fueled with petroleum diesel fuels and biodiesel. Bioresource
Technology, v.98, p.1167-1175, 2007.
CATALISADORES podem tornar a produção de biodiesel mais eficiente e limpa.
Biodieselbr, 02 dez. 2008. Disponível em: http://www.biodieselbr.com/index2.php?
option=com_content&task=view&id=6176&pop=1&pag>. Acesso em: 04 dez. 2008.
CAN, Ozer; CELIKTEN, Ismet; USTA, Nazim. Effects of ethanol addition on
performance and emissions of a turbocharged indirect injection Diesel engine running
at different injection pressures. Energy Conversion and Management, v. 45, n. 15-
16, p. 2429-2440. Sept. 2004.
CARO, P. Satge de et. al. Interest of combining an additive with diesel-ethanol
blends for use in diesel engines. Fuel, v. 80, n.4, p. 565-574 . Mar. 2001.
COSTA, Theles de Oliveira. Modelagem da formação e emissões de aldeídos em
motores operando com etanol. 2007. 109 f. Dissertação (Mestrado) - Pontifícia
Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Mecânica.
DEGOBERT, Paul. Automobiles and Pollution. Warrendale: SAE International,
1995.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION EN 14214:2008. Automotive
fuels - Fatty acid methyl esters (FAME) for diesel engines - Requirements and test
methods. Bruxelas, 2008.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION EN 590:2009. Automotive
fuels - Diesel - Requirements and test methods. Bruxelas, 2009.
FERNANDO, Sandum; HALL, Chris; JHA, Saroj. NOx from biodiesel fuels. Energy &
Fuels. v. 20, p. 376-382, 2006.
137

GARCIA, Roberto. Combustíveis e combustão industrial. Rio de Janeiro:
Interciência, 2002. 202p.
GAZZONI, Luiz D.; FELICI, Paulo H.. Craqueamento: Um Processo para tender
pequenos consumidores. Disponível em: 03 ago. 2006. Acesso em: 21
abr. 2009.
GAZZONI, Luiz D.. Incentivos à produção de biodiesel nos EUA. Disponível em:
< http://www.biodieselbr.com/index2.php?option=com_content&task=view&id=4763
&pop=1&> 27 fev. 2008a. Acesso em: 06 jan. 2009.
GAZZONI, Luiz D.. Avanço de biodiesel na Europa. Disponível em: <
http://www.biodieselbr.com/colunistas/gazzoni/avanco-uso-biodiesel-europa-02-06-
08.htm > 02 jun. 2008b. Acesso em: 10 jun. 2008.
HANSEN, Alan C.; ZHANG, Qin; LYNE, Peter W. L.. Ethanol-diesel fuel blends - a
review. Bioresource Technology, v. 96, n. 3, p. 277-285, Feb. 2005.
HE,Bang-Quan; SHUAI, Shi-Jin; WANG, Jian-Xin, HE, Hong. The effect of ethanol
blended diesel fuels on emissions from a diesel engine. Atmospheric Environment,
v. 37, n. 35, p. 4965-4971, Nov. 2003.
HEYWOOD, John B. Internal combustion engine fundamentals. New York:
McGraw-Hill, c1988. 930p. ISBN 007028637X
HORIBA. Emissions Measurement Systems: Standard Emissions. Disponível em:
Acesso em: 07 jul. 09.
HORIBA. Automotive Emission Analysis System MEXA 7000–Instruction
Manual. 6. ed., Mar. 1997.
138

ICINGUR, Yakup; ALTIPARMAK, Duran. Effect of fuel cetane number and injection
pressure on a DI Diesel engine performance and emissions. Energy Conversion
and Management. v. 44, n. 3, p. 389-397. Fev. 2003.
INTERNATIONAL FUEL QUALITY CENTER. Disponível em http://www.ifqc.org>
Acesso em 04 set. 09.
KEGL, Breda. Effects of biodiesel on emissions of a bus diesel engine. Bioresource
Technology, v.99, p.863-873, 2008a.
KEGL, Breda. Biodiesel usage at low temperature. Fuel, v.87, p. 1306-1317, Issue 7,
2008b.
KEITH, Owen; COLEY, Trevor. Automotive Fuels and Reference Book. 2 Ed. SAE
International, 1995
KLINE, S. J; MCCLINTOCK, F.A. Describing Uncertainties in Single Sample
Experiments. Mechanical Engineering, vol 75, pág. 3-8, 1953.
KNOTHE, G. et al.. Manual de Biodiesel. São Paulo: Edgard Blucher, 2006. 340p.
LAFORGIA, D.; ARDITO, V.. Biodiesel fueled IDI engines: Performances, emissions
and heat release investigation. Bioresource Technology, v. 51, n. 1, p. 53-59, Aug.
1994.
LAPUERTA, Magín; Armas, Octavio; García-Contreras, Reyes. Stability of diesel–
bioethanol blends for use in diesel engine. Fuel, v. 86, n. 10-11, p. 1351-1357, July-
Aug. 2007.
LAPUERTA, Magín; ARMAS, Octavio; HERREROS, José M.. Emissions from a
diesel–bioethanol blend in an automotive diesel engine. Fuel, v. 87, n. 1,p. 25-31,
Jan. 2008.
MAGNETI MARELLI. Helios System User Manual. 2. rev. Italia:2006, p.536.
139

MAJEWSKI, W. Addy; KHAIR, Magdi K.. Diesel Emissions and Their Control.
Warrendale: SAE International, 2006.
MANIASSO, Nelson. Ambientes micelares em química analítica. Química Nova, São
Paulo, v. 24, n. 1, fev. 2001.
NATIONAL BIODIESEL BOARD. Biodiesel – Opportunities and Challenges. In: SAE
Powertrain & Fluid Systems Conference, 2006, Toronto, Canada. Anais... Toronto:
Society of Automotive Engineers, 2006.
PARENTE, Expedito José de Sá. Biodiesel - Uma aventura tecnológica num país
engraçado. Fortaleza, 66 p., 30 mar. 2003.
PETROBRÁS. Produtos Petrobrás – Óleo Diesel. 6. ed., 79 p., nov. 2000. Belo
Horizonte: 2000.
PETROBRÁS. Centro de Pesquisas da Petrobrás. Inovação em combustíveis-
Desafios. Disponível em: . Acesso em: 18 nov. 2008.
PETROBRÁS. Espaço Conhecer. Bunker – Combustível Naval. Disponível em:
. Acesso em:
15 mai. 2009.
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS. Pró-Reitoria de
Graduação. Sistema de Bibliotecas. Padrão PUC Minas de normalização: normas
da ABNT para apresentação de trabalhos científicos, teses, dissertações e
monografias. Belo Horizonte, 2008. Disponível em: . Acesso em: 11 fev. 2009.
RAGGI, Marco Valério Kuhlmann. Modelagem da cinética química de formação
de NOx e CO em motores com ignição por centelha. 2005.112 f. Dissertação
(Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Mecânica.
140

RAGGI, Marco Valério Kuhlmann ; SODRÉ, J. R. . Otimização de um Modelo para
Cálculo das Emissões de Óxidos de Nitrogênio de Motores com Ignição por
Centelha. In: ENCIT 2004 - X Brazilian Congress of Engineering and Thermal
Sciences, 2004, Rio de Janeiro. Proceedings of the ENCIT2004 - X Brazilian
Congress of Engineering and Thermal Sciences. Rio de Janeiro : ABCM, 2004. v. 1.
p. 1-7.
RANDAZZO, Mário Luciano. A influência da qualidade do combustível no
desempenho, durabilidade e emissões dos modernos motores diesel. 2006.
114f. Monografia (conclusão do curso) - Universidade Federal de Santa Catarina,
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Belo Horizonte.
RAMOS, J. I.. Internal combustion engine modelling. Hemisphere Publishing, 422p.,
1989.
REZENDE, Daniel B. de; ÁVILA, Ronaldo. Comparative Study of the Cold
Weather Performance and Oxidation Stability among Different Samples of B20
and B100. SAE Paper 2008-36-0211
RIBEIRO, Núbia M. et al. The Role of Additives for Diesel and Diesel Blended
(Ethanol or Biodiesel) Fuels: A Review. Energy & Fuels. V.21, n. 4, p. 2433-2445,
16. abr. 2008.
SALES, Luís Carlos Monteiro. Otimização do sistema de partida a frio de
veículos a álcool para redução das emissões na exaustão. 2001. 98f.
Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais,
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
SANDUM, Fernando; HALL, Chris; JHA, Saroj. NOx Reduction from Biodiesel Fuels.
Energy & Fuels, v.20, p.376-382, 2006.
SCHAFER, Fred; VAN BASSHUYSEN, Richard. Reduced emissions and fuel
consumption in automobile engines. Wien: Springer-Verlag ; Warrendale: SAE
International, 195p., 1995.
141

SENATORE, A. et. al.. Combustion Study of a Common Rail Diesel Engine
Optimized to be a Fueled with Biodiesel. Energy & Fuels, v. 22, n. 3, 2008.
SOUZA JUNIOR, Gelson Carneiro de. Simulação termodinâmica de motores
diesel utilizando óleo diesel e biodiesel para verificação dos parâmetros de
desempenho e emissões. 2009.122 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade
Federal do Rio de Janeiro, UFRJ/COPPE/Programa de Engenharia Mecânica.
SUAREZ, Paulo. BIODIESEL no Brasil. Disponível em: < http://www.biodieselbr.
com/biodiesel/brasil/biodiesel-brasil.htm>. Acesso em: 02 jul. 2007.
SUAREZ, Paulo . BIODIESEL no Mundo. Disponível em: < http://www.biodieselbr.
com/biodiesel/mundo/biodiesel-no-mundo.htm >. Acesso em: 04 maio. 2009.
VALENTE, Osmano S.. DESEMPENHO E EMISSÕES DE UM MOTOR-GERADOR
DE ENERGIA ELÉTRICA OPERANDO COM. 2007. 139f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Mecânica) – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Belo
Horizonte.
VEDANA, Univaldo. As desvantages do Biodiesel. Blog Biodiesel Br. Disponível
em: < http://www.biodieselbr.com/blog/2006/09/biodiesel-desvantagens/> Acesso
em: 12 nov. 2008.
WYLEN, Gordon Van; SONNTAG, Richard; BORGNAKKE, Claus. Fundamentos da
Termodinâmica Clássica. São Paulo: Edgard Blucher, 1995. 590p.
142

APÊNDICE A – ANÁLISE DE INCERTEZA
Os experimentos para medição de consumo de combustível, emissões de
poluentes e tempo de partida a frio em condição sub-zero foram realizados em
laboratórios distintos, porém utilizando o mesmo veículo e motor. As incertezas
destas grandezas foram calculadas e, para simplificação, são apresentados como
valores máximos ou médios, dependendo de sua importância para o objeto deste
trabalho.
A.1 Incerteza das emissões de poluentes
A incerteza das leituras dos componentes HC, CO e NOX é especificada pelo
fabricante dos analisadores como 0,5%. Para o cálculo da incerteza máxima das
medições foram utilizados os resultados de emissões, em g/ciclo, das misturas de
combustíveis testadas. Nas Tabelas 12 a 16 estão apresentados os resultados das
incertezas nas leituras dos poluentes em questão.
Onde:
143
ICOC = ± COC ⋅0,
5%
(26)
ICO C = ± CO C ⋅ 0,
5%
(27)
2
2
IHCC = ± HCC ⋅ 0,
5%
(28)
INO x
x C = ± NO C ⋅ 0,
5%
(29)
IMPC = ± NOx
C ⋅ 0,
5%
(30)
COC = concentração total de CO no ciclo Euro III (g/ciclo)
CO2 C = concentração total de CO2 no ciclo Euro III (g/ciclo)
HCC = concentração de total HC no ciclo Euro III (g/ciclo)

Combustível
Combustível
NOx C = concentração total de NOX no ciclo Euro III (g/ciclo)
MPC = concentração total de MP no ciclo Euro III (g/ciclo)
ICOC = incerteza de leitura de CO (g/ciclo)
ICO2 C = incerteza de leitura de CO2 (g/ciclo)
IHCC = incerteza de leitura de HC (g/ciclo)
INOx C = incerteza de leitura de NOX (g/ciclo)
IMPC = incerteza de leitura de MP (g/ciclo)
Concentração
média no ciclo
EuroIII
(g/km)
Concentração
média no ciclo
EuroIII
(g/km)
TABELA 12
Incerteza de leitura das emissões de CO2.
TABELA 13
Incerteza de leitura das emissões de CO.
Distância
percorrida
no ciclo
(km)
Concentração
total (COC)
(g/ciclo)
144
Incerteza de leitura
(ICOC)
(g/ciclo)
S10 0,250 2,746 0,014
B3 0,429 4,719 0,024
B5 0,444 4,884 0,024
B10 0,381 11
4,187 0,021
B20 0,377 4,147 0,021
B20E2 0,459 5,053 0,025
B20E5 0,607
Distância
percorrida
no ciclo
(km)
Concentração
total (CO2C)
(g/ciclo)
Incerteza de leitura
(ICO2C)
(g/ciclo)
S10 162,4 1786,4 8,9
B3 161,3 1774,7 8,9
B5 165,1 1816,1 9,1
B10 170,9 11
1880,3 9,4
B20 170,5 1875,1 9,4
B20E2 164,2 1806,2 9,0
B20E5 166,2
1828,2 9,1
6,673 0,033

Combustível
Concentração
média no ciclo
EuroIII
(g/km)
TABELA 14
Incerteza de leitura das emissões de HC.
Distância
percorrida no
ciclo
(km)
Concentração
total (HCC)
(g/ciclo)
145
Incerteza de
leitura
(IHCC)
(g/ciclo)
S10 0,069 0,763 0,004
B3 0,151 1,665 0,008
B5 0,145 1,599 0,008
B10 0,115 11
1,261 0,006
B20 0,111 1,225 0,006
B20E2 0,156 1,716 0,009
B20E5 0,225
Combustível
Concentração
média no ciclo
EuroIII
(g/km)
TABELA 15
Incerteza de leitura das emissões de NOx.
Distância
percorrida no
ciclo
(km)
2,471 0,012
Concentração total
(NOxC)
(g/ciclo)
Incerteza de
leitura
(INOxC)
(g/ciclo)
S10 0,442 4,862 0,024
B3 0,458 5,034 0,025
B5 0,415 4,565 0,023
B10 0,486 11
5,346 0,027
B20 0,484 5,324 0,027
B20E2 0,457 5,031 0,025
B20E5 0,460
5,056 0,025

Combustível
Concentração
média no ciclo
EuroIII
(g/km)
TABELA 16
Incerteza de leitura das emissões de MP.
Distância
percorrida no
ciclo
(km)
A incerteza máxima da distância registrada pelo equipamento é de ± 0,
1%
.
Logo, a incerteza da distância, Id (km)
é dada por:
• Incerteza Máxima das Emissões de CO2
146
Id = d ⋅ 0,
1%
(31)
Id
Id
= 11⋅
0,
001
=
0,
011
A incerteza máxima da concentração de hidrocarbonetos medidos, em g/km,
deve considerar as incertezas acumuladas de leitura do poluente e da distância.
Utilizando a metodologia de Kline e McClintock (1953):
km
CO2C
CO2
= (32)
d
2
Concentração total
(MPC)
(g/ciclo)
⎡⎛
∂CO
⎞ ⎤
2
⎡⎛
∂CO2
⎞ ⎤
ICO 2 = ± ⎢ ⎜
⎟ ⋅ ICO2C⎥
+ ⎢⎜
⎟ ⋅ Id ⎥ (33)
⎣⎝
∂CO2C
⎠ ⎦ ⎣⎝
∂d
⎠ ⎦
2
Incerteza de
leitura
(IMPC)
(g/ciclo)
S10 0,023 0,257 0,001
B3 0,057 0,624 0,003
B5 0,070 0,772 0,004
B10 0,045 11
0,494 0,002
B20 0,044 0,481 0,002
B20E2 0,049 0,539 0,003
B20E5 0,066
0,723 0,004

Onde:
2
2
147
⎡⎛
1 ⎞ ⎤ ⎡⎛
CO2C
⎞ ⎤
ICO 2 = ± ⎢⎜
⎟ ⋅ ICO2C⎥
+ ⎢⎜−
⋅ 2 ⎟ Id⎥
(34)
⎣⎝
d ⎠ ⎦ ⎣⎝
d ⎠ ⎦
CO 2 = concentração de HC emitido (g/km)
ICO 2 = incerteza de medição das emissões de HC (g/km)
Calculando a incerteza máxima:
2
⎡⎛
1 ⎞ ⎤ ⎡⎛
CO2C
⎞ ⎤
ICO 2 = ± ⎢⎜
⎟ ⋅ ICO2C
+
0,
0011
2
11
⎥ ⎢⎜−
⎟ ⋅
11
⎥
(35)
⎣⎝
⎠ ⎦ ⎣⎝
⎠ ⎦
O desvio padrão das medições efetuadas é apresentado na Tabela 16. Logo,
a incerteza total das emissões de CO2 para as misturas de combustíveis pode ser
calculada como:
Onde:
IT = incerteza total da leitura (g/km)
σ = desvio-padrão da leitura (%)
2 2
IT = ICO2
+ σ
(36)
As incertezas máximas para cada uma das misturas de combustíveis estão
apresentadas na Tabela 17.
2

Combustível
d
(km)
Id
(km)
TABELA 17
Incerteza Máxima das emissões de CO2.
σ
(%)
Concentração
total (CO2C)
(g/ciclo)
Incerteza
de leitura
(ICO2C)
(g/ciclo)
Incerteza
de Máx. de
leitura
(ICO2)
(g/km)
Incerteza
Total
(IT)
(g/km)
S10 0,56 1786,4 8,9 0,83 0,998
B3 0,25 1774,7 8,9 0,82 0,860
B5 1,25 1816,1 9,1 0,84 1,510
B10 11 0,011 0,65 1880,3 9,4 0,87 1,088
B20 1,82 1875,1 9,4 0,87 2,020
B20E2 1,97 1806,2 9,0 0,84 2,140
B20E5
• Incerteza Máxima das Emissões de CO
0,17 1828,2 9,1 0,85 0,865
Em procedimento similar ao cálculo efetuado para HC, a incerteza máxima
das emissões de CO é dada pela sequência abaixo.
Onde:
148
COC
CO = (37)
d
2
⎡⎛
∂CO
⎞ ⎤ ⎡⎛
∂CO
⎞ ⎤
ICO = ± ⎢⎜
⎟ ⋅ ICOC⎥
+ ⎢⎜
⎟ ⋅ Id⎥
(38)
⎣⎝
∂COC
⎠ ⎦ ⎣⎝
∂d
⎠ ⎦
2
⎡⎛
1 ⎞ ⎤ ⎡⎛
COC ⎞ ⎤
ICO = ± ⎢⎜
⎟ ⋅ ICOC⎥
+ ⎢⎜−
⋅ 2 ⎟ Id⎥
(39)
⎣⎝
d ⎠ ⎦ ⎣⎝
d ⎠ ⎦
CO – concentração de CO emitido (g/km)
ICO – incerteza de medição das emissões de CO (g/km)
2
2

Calculando a incerteza máxima:
2
2
149
⎡⎛
1 ⎞ ⎤ ⎡⎛
COC ⎞ ⎤
ICO = ± ⎢⎜
⎟ ⋅ ICOC + ⎢ ⋅ 0,
011
2 ⎥
11
⎥ ⎜
⎢⎣
( 11)
⎟
(40)
⎣⎝
⎠ ⎦ ⎝ ⎠ ⎥⎦
O desvio padrão das medições efetuadas é apresentado na Tabela 18. Logo,
a incerteza total das emissões de CO para as misturas de combustíveis pode ser
calculada como:
Combustível
d
(km)
Id
(km)
2 2
IT = ICO + σ
(41)
TABELA 18
Incerteza Máxima das emissões de CO.
σ
(%)
Concentração
total (COC)
(g/ciclo)
Incerteza
de leitura
(ICOC)
(g/ciclo)
Incerteza
de Máx. de
leitura
(ICO)
(g/km)
Incerteza
Total
(IT)
(g/km)
S10 0,021 2,746 0,014 0,001 0,021
B3 0,015 4,719 0,024 0,002 0,015
B5 0,031 4,884 0,024 0,002 0,031
B10 11 0,011 0,014 4,187 0,021 0,002 0,014
B20 0,029 4,147 0,021 0,002 0,029
B20E2 0,018 5,053 0,025 0,002 0,018
B20E5
• Incerteza Máxima das Emissões de HC
0,022 6,673 0,033 0,003 0,022
Em procedimento similar ao cálculo efetuado para o CO, a incerteza máxima
das emissões de HC é dada pela sequência abaixo.

Onde:
HC – concentração de HC emitido (g/km)
150
HCC
HC = (42)
d
2
⎡⎛
∂HC
⎞ ⎤ ⎡⎛
∂HC
⎞ ⎤
IHC = ± ⎢⎜
⎟ ⋅IHCC
+ Id
HCC
⎥ ⎢⎜
⎟ ⋅
d
⎥ (43)
⎣⎝
∂ ⎠ ⎦ ⎣⎝
∂ ⎠ ⎦
2
2
⎡⎛
1⎞
⎤ ⎡⎛
HCC ⎞ ⎤
IHC ± ⎢⎜
⎟ ⋅IHCC
+ ⎢⎜
− ⎟ ⋅Id
d
⎥
2 ⎥
⎣⎝
⎠ ⎦ ⎣⎝
d ⎠ ⎦
= (44)
IHC – incerteza de medição das emissões de HC (g/km)
Calculando a incerteza máxima:
2
⎡⎛
1 ⎞ ⎤ ⎡⎛
HCC ⎞ ⎤
IHC = ± ⎢⎜
⎟ × IHCC + ⎢ ⋅ 0,
011
2 ⎥
11
⎥ ⎜
⎢⎣
( 11)
⎟
(45)
⎣⎝
⎠ ⎦ ⎝ ⎠ ⎥⎦
O desvio padrão das medições efetuadas é apresentado na Tabela 19. Logo,
a incerteza total das emissões de HC para as misturas de combustíveis pode ser
calculada como:
Onde:
IT = incerteza total da leitura (g/km)
σ = desvio-padrão da leitura (%)
IT = IHC
(46)
2 2
+ σ
As incertezas máximas para cada uma das misturas de combustíveis estão
apresentadas na Tabela 19.
2
2

Combustível d
(km)
Id
(km)
TABELA 19
Incerteza Máxima das emissões de HC.
σ
(%)
Concentração
total (HCC)
(g/ciclo)
Incerteza
de leitura
(IHCC)
(g/ciclo)
Incerteza de
Máx. de
leitura
(IHC)
(g/km)
151
Incerteza
Total
(IT)
(g/km)
S10 0,008 0,763 0,004 0,000 0,008
B3 0,013 1,665 0,008 0,001 0,013
B5 0,006 1,599 0,008 0,001 0,006
B10 11 0,011 0,006 1,261 0,006 0,001 0,006
B20 0,015 1,225 0,006 0,001 0,015
B20E2 0,004 1,716 0,009 0,001 0,004
B20E5
• Incerteza Máxima das Emissões de NOx
0,007 2,471 0,012 0,001 0,007
O procedimento de cálculo da incerteza máxima dos resultados para NOX é
similar ao adotado para HC e CO.
Onde:
NOx – concentração de NOx emitido (g/km)
INOx – incerteza das emissões de NOx (g/km)
NOxC
NOx
= (47)
d
2
⎡⎛
∂NO
⎤
x ⎞
⎡⎛
∂NOx
⎞ ⎤
INOx
= ± ⎢ ⎜
⎟ ⋅ INOxC⎥
+ ⎢⎜
⎟ ⋅ Id ⎥
(48)
⎣⎝
∂NOxC
⎠ ⎦ ⎣⎝
∂d
⎠ ⎦
2
⎡⎛
1 ⎞ ⎤ ⎡⎛
NOxC
⎞ ⎤
INOx
= ± ⎢⎜
⎟ ⋅ INOxC
⎥ + ⎢⎜−
⋅ 2 ⎟ Id ⎥
(49)
⎣⎝
d ⎠ ⎦ ⎣⎝
d ⎠ ⎦
2
2

Calculando a incerteza máxima:
2
2
152
⎡⎛
1 ⎞ ⎤ ⎡⎛
NOxC
⎞ ⎤
INOx
= ± ⎢⎜
⎟ ⋅ INOxC
+
0,
011
2
11
⎥ ⎢⎜−
⎟ ⋅
11
⎥
(50)
⎣⎝
⎠ ⎦ ⎣⎝
⎠ ⎦
O desvio padrão das medições efetuadas é apresentado na Tabela 20. Logo,
a incerteza total das emissões de NOx para as misturas de combustíveis pode ser
calculada como:
Combustível
d
(km)
Id
(km)
2 2
+ σ
IT = INOX
(51)
TABELA 20
Incerteza Máxima das emissões de NOX.
σ
(%)
Concentração
total (NOxC)
(g/ciclo)
Incerteza
de leitura
(INOxC)
(g/ciclo)
Incerteza de
Máx. de
leitura
(INOx)
(g/km)
Incerteza
Total
(IT)
(g/km)
S10 0,442 4,862 0,024 0,002 0,442
B3 0,458 5,034 0,025 0,002 0,458
B5 0,415 4,565 0,023 0,002 0,415
B10 11 0,011 0,486 5,346 0,027 0,002 0,486
B20 0,484 5,324 0,027 0,002 0,484
B20E2 0,457 5,031 0,025 0,002 0,457
B20E5
• Incerteza Máxima das Emissões de MP
0,460 5,056 0,025 0,002 0,460
O procedimento de cálculo da incerteza máxima dos resultados do MP é
similar ao adotado para HC, CO e NOX.

Onde:
MP – concentração de MP emitido (g/km)
IMP – incerteza das emissões de MP (g/km)
Calculando a incerteza máxima:
153
MPC
MP = (52)
d
2
⎡⎛
∂MP
⎞ ⎤ ⎡⎛
∂MP
⎞ ⎤
IMP = ± ⎢⎜
⎟ ⋅ IMPC⎥
+ ⎢⎜
⎟ ⋅ Id ⎥
(53)
⎣⎝
∂MPC
⎠ ⎦ ⎣⎝
∂d
⎠ ⎦
2
⎡⎛
1 ⎞ ⎤ ⎡⎛
MPC ⎞ ⎤
IMP = ± ⎢⎜
⎟ ⋅ IMPC⎥
+ ⎢⎜−
⋅ 2 ⎟ Id ⎥
(54)
⎣⎝
d ⎠ ⎦ ⎣⎝
d ⎠ ⎦
2
⎡⎛
1 ⎞ ⎤ ⎡⎛
MPC ⎞ ⎤
IMP = ± ⎢⎜
⎟ ⋅ IMPC +
0,
011
2
11
⎥ ⎢⎜−
⎟ ⋅
11
⎥
(55)
⎣⎝
⎠ ⎦ ⎣⎝
⎠ ⎦
O desvio padrão das medições efetuadas é apresentado na Tabela 21. Logo,
a incerteza total das emissões de MP para as misturas de combustíveis pode ser
calculada como:
IT = IMP
(56)
2 2
+ σ
2
2
2

Combustível
d
(km)
Id
(km)
TABELA 21
Incerteza Máxima das emissões de MP.
σ
(%)
Concentração
total (MPC)
(g/ciclo)
Incerteza
de leitura
(IMPC)
(g/ciclo)
Incerteza de
Máx. de
leitura
(IMP)
(g/km)
154
Incerteza
Total
(IT)
(g/km)
S10 0,004 0,257 0,001 0,0001 0,004
B3 0,003 0,624 0,003 0,0003 0,003
B5 0,004 0,772 0,004 0,0004 0,004
B10 11 0,011 0,003 0,494 0,002 0,0002 0,003
B20 0,002 0,481 0,002 0,0002 0,002
B20E2 0,003 0,539 0,003 0,0003 0,003
B20E5
A.2 Incerteza do consumo de combustível
0,004 0,723 0,004 0,0003 0,004
O consumo de combustível é definido pela taxa de escoamento de massa de
combustível convertida em energia de movimento, para um dado tempo e percurso a
ser percorrido pelo veículo.
A.2.1 Incerteza da Taxa de Escoamento de Massa de Combustível
A massa de combustível consumida no ciclo para medição do consumo de
combustível foi medida diretamente do visor digital da balança. Realizou-se três
ensaios com cada uma das misturas de combustíveis. Foram anotados os valores de
massa inicial e da massa final em cada teste. Através de um termopar instalado na
entrada da bomba de alta pressão, foi obtida a temperatura média do combustível.
Por meio da curva de massa específica por temperatura de cada mistura de
combustível foi obtida o volume consumido. Por fim, optou-se por definir o consumo
de combustível, em km/l, como a média aritmética dos três testes realizados com
cada combustível, como mostra a Tabela 22.

Combustível
TABELA 22
Massa de combustível consumida para as misturas testadas.
d
(km)
Id
(km)
Ensaio1
(kg)
Ensaio2
(kg)
Ensaio3
(kg)
Média
(kg)
σ
(kg)
S10 0,965 0,950 0,950 0,955 0,009
B3 0,965 0,975 0,980 0,973 0,008
B5 0,990 0,950 0,955 0,965 0,022
B10 18 0,018 0,960 0,985 1,000 0,982 0,020
B20 1,000 0,970 0,960 0,977 0,021
B20E2 0,975 0,980 0,965 0,973 0,008
B20E5
A.2.2 Incerteza do Consumo de Combustível
O consumo de combustível é definido como:
Onde:
0,965 1,025 0,995 0,995 0,030
155
D ⋅ ρ
FC = (57)
m
d=Distância percorrida no ciclo para de medição consumo de combustível
(km)
ρ = massa específica (kg/dm 3 )
m = massa de combustível consumida no ciclo para medição do consumo de
combustível (kg)
A incerteza dos resultados de consumo de combustível é dada em função da
incerteza de dois parâmetros: a massa de combustível consumida medida pela
balança digital e pela instalação utilizada. A incerteza da medição da massa de
combustível consumida é proveniente da balança digital e de fatores aleatórios
associados a instalação do laboratório, tais como variações de velocidades do vento,

força do rolo dinamométrico, distância percorrida, sensor de temperatura do
combustível (termopar) e vibracões do piso.
A balança digital para medição do variação de massa de combustível possui
as seguintes características citadas abaixo. A incerteza expandida da balança digital
é fornecida pelo certificado de calibração, sendo igual a ± 0,005 kg.
− Faixa de indicação: 0...15 kg
− Faixa de medição: 0,125 kg...15 kg
− Resolução: 0,005 kg
As incertezas foram calculadas pela metodologia de Kline e McClintock
(1953). A incerteza padrão, u , é definida como:
Para a balança digital, tem-se que:
156
U 95%
u = (58)
K
0,
005
u = ⇒ u = ± 0,
0025 kg (59)
2
A análise de incerteza referente ao teste realizado é mostrada na Tabela 23.
A incerteza padrão combinada é representada por:
U
c
2
2
2
2
2
2
= u1
+ u2
+ .... u p = 0,
0026 + 0,
0025 + 0,
0025 ⇒ U c = 0,0044 kg (60)

TABELA 23
Incerteza da Massa de combustível consumida do teste de consumo com óleo diesel S10.
Fontes de incertezas
Símbolo Descrição Correção
Efeitos
sistemáticos Efeitos aleatórios
Valor
bruto
Tipo de
distribuição Divisor U ν
Re Repetitividade 0,000 0,0026 Normal 1 0,0026 2
R Resolução 0,000 0,005 Uniforme 2 0,0025 2
Cal
Cc
uc
U95%
Erros detectados
na calibração
Correção
0,010 0,005 Normal 2 0,0025 5
combinada 0,010
Incerteza padrão
combinada Normal 0,0044 69
Incerteza
expandida (95%) Normal 0,0090
A.3 Incerteza do tempo de partida a frio
As incertezas relacionadas ao teste de partida são basicamente:
- Erro aleatório devido a medição para determinação do tempo de partida realizada
por meio de diferença gráfica.
- Erro sistemático devido a leitura dos sensores termopares tipo K instalados no
motor, os sensores de temperatura e pressão do motor assim com os sensores de
temperatura da câmara climática.
Por meio de medição direta, a incerteza da medição do tempo de partida se
refere ao erro na determinação do tempo realizada por meio da diferença gráfica
entre o início do aumento de pressão de combustível no acumulador de pressão rail
até o primeiro vale após o pico da pressão na partida do motor térmico.
Portanto, considerando neste análise considerou-se que tal fonte de incerteza
tenha efeito superior as demais incertezas envolvidas. Estima-se que a incerteza
expandida da média das “n” medições realizada é dada por:
U
95 %
157
ReFI
= (61)
n

Onde:
−
s(
t)
=
U 95%
= Incerteza expandida do processo de medição com nível de confiança de 95%.
Re FI=
Repetividade da fonte de incerteza
n = número de medições realizadas.
σ(
t)
σ ( t)
= desvio-padrão experimental da variável tempo (t)
s( t)
−
= desvio padrão experimental da variável tempo (t).
n
158
(62)
O desvio padrão experimental pode ser considerado uma estimada da
incerteza padrão associada, fornecendo uma indicação da Repetividade (Re).
Portanto, a análise da incerteza de medição do tempo de partida sob condições de
temperatura sub-zero (-5 ºC) é dada pela Tabela 24.
TABELA 24
Incerteza do teste de partida a frio.
Combustível Teste1 Teste2 Teste3 Teste4 n Média
(ms)
σ
(ms)
Re
(ms)
S10 843 925 - - 2 884 58 41 29
B3 891 - - - 1 891 - - -
B5 992 804 987 - 3 928 107 62 36
B10 1164 1094 1070 - 3 1109 49 28 16
B20 1099 1095 - - 2 1097 3 2 1
B20E2 1128 1086 1070 1393 4 1169 151 76 38
B20E5 1191 - - - 1 1191 - - -
U95%
(ms)

APÊNDICE B – DADOS OBTIDOS NOS TESTES DE EMISSÕES DE POLUENTES
Nas Tabelas 25 a 29 são mostrados os valores medidos nos testes de
emissões de CO2, CO, HC, NOX e material particulado.
Combustível
TABELA 25
Análise de CO2 no gás de exaustão.
CO2
(g/km)
Teste 1 Teste 2 Teste 3
Média
(g/km)
Desvio
Padrão
(g/km)
S10 161,800 162,900 162,500 162,400 0,557
B3 161,100 161,300 161,600 161,333 0,252
B5 165,000 163,900 166,400 165,100 1,253
B10 170,900 170,300 171,600 170,933 0,651
B20 170,800 172,100 168,500 170,467 1,823
B20E2 166,400 163,600 162,600 164,200 1,970
B20E5 166,400 166,100 166,100 166,200 0,173
Combustível
TABELA 26
Análise de CO no gás de exaustão.
CO
(g/km)
Teste 1 Teste 2 Teste 3
Média
(g/km)
Desvio
Padrão
(g/km)
S10 0,274 0,234 0,241 0,250 0,021
B3 0,430 0,443 0,414 0,429 0,015
B5 0,466 0,422 --- 0,444 0,031
B10 0,388 0,389 0,365 0,381 0,014
B20 0,344 0,393 0,394 0,377 0,029
B20E2 0,445 0,454 0,479 0,459 0,018
B20E5 0,601 0,588 0,631 0,607 0,022
159

Combustível
TABELA 27
Análise de HC no gás de exaustão.
HC
(g/km)
Teste 1 Teste 2 Teste 3
Média
(g/km)
Desvio
Padrão
(g/km)
S10 0,078 0,068 0,062 0,069 0,008
B3 0,161 0,137 0,156 0,151 0,013
B5 0,152 0,144 0,140 0,145 0,006
B10 0,121 0,110 0,113 0,115 0,006
B20 0,100 0,106 0,128 0,111 0,015
B20E2 0,153 0,160 0,155 0,156 0,004
B20E5 0,233 0,222 0,219 0,225 0,007
Combustível
TABELA 28
Análise de NOX no gás de exaustão.
NOx
(g/km)
Teste 1 Teste 2 Teste 3
Média
(g/km)
Desvio
Padrão
(g/km)
S10 0,438 0,442 0,446 0,442 0,004
B3 0,497 0,433 0,443 0,458 0,034
B5 0,438 0,379 0,428 0,415 0,032
B10 0,474 0,487 0,497 0,486 0,012
B20 0,496 0,503 0,453 0,484 0,027
B20E2 0,467 0,466 0,439 0,457 0,016
B20E5 0,456 0,465 0,458 0,460 0,005
160

Combustível
TABELA 29
Análise de material particulado no gás de exaustão.
MP
(g/km)
Teste 1 Teste 2 Teste 3
Média
(g/km)
Desvio
Padrão
(g/km)
S10 0,027 0,022 0,021 0,023 0,004
B3 0,054 0,058 0,058 0,057 0,003
B5 0,068 0,069 0,074 0,070 0,004
B10 0,042 0,046 0,047 0,045 0,003
B20 0,042 0,046 0,043 0,044 0,002
B20E2 0,051 0,050 0,046 0,049 0,003
B20E5 0,070 0,065 0,062 0,066 0,004
161

ANEXO A – LAUDO ÓLEO DIESEL MINERAL 10PPM
162

ANEXO B – CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DAS AMOSTRAS DE
BIODIESEL É ÓLEO DIESEL
B.1 Viscosidade dinâmica, viscosidade cinemática e massa específica.
TABELA 30
Viscosidade dinâmica, viscosidade cinemática e massa específica das misturas B3, B10 e B20 (óleo
diesel S500 com biodiesel de soja).
COMBUSTÍVEL TEMPERATURA
B3
B10
B20
(°C)
VISCOSIDADE
DINÂMICA
(mPa.s)
VISCOSIDADE
CINEMÁTICA
(mm 2 /s)
MASSA
ESPECÍFICA
× 10 -3 (kg/m 3 )
19,99 5,6076 6,5940 0,8504
30,00 4,2280 5,0107 0,8438
40,00 3,2900 3,9312 0,8369
50,00 2,6327 3,1717 0,8301
60,00 2,1540 2,6165 0,8232
70,00 1,7962 2,2001 0,8164
80,00 1,5223 1,8803 0,8096
90,00 1,3077 1,6291 0,8027
100,00 1,1380 1,4301 0,7958
20,00 5,2830 6,1989 0,8523
30,00 4,0008 4,7353 0,8449
40,00 3,1375 3,7441 0,8380
50,00 2,5247 3,0380 0,8311
60,00 2,0761 2,5195 0,8240
70,00 1,7384 2,1274 0,8171
80,00 1,4786 1,8248 0,8103
90,00 1,2745 1,5867 0,8032
100,00 1,1125 1,3970 0,7964
20,00 5,2771 6,1729 0,8549
30,00 4,0259 4,7471 0,8481
40,00 3,1675 3,7659 0,8411
50,00 2,5556 3,0639 0,8341
60,00 2,1069 2,5474 0,8271
70,00 1,7680 2,1554 0,8203
79,99 1,5063 1,8522 0,8133
90,00 1,2999 1,6125 0,8062
100,00 1,1360 1,4214 0,7992
163

TABELA 31
Viscosidade dinâmica, viscosidade cinemática e massa específica das misturas B20E2, B20E5 e
B100 (óleo diesel S500 com biodiesel de soja e etanol) e do óleo diesel S10.
COMBUSTÍVEL TEMPERATURA
B20E2
B20E5
B100
S10
(°C)
VISCOSIDADE
DINÂMICA
(mPa.s)
VISCOSIDADE
CINEMÁTICA
(mm 2 /s)
MASSA
ESPECÍFICA
× 10 -3 (kg/m 3 )
20,00 5,0766 5,8934 0,8614
30,00 3,8728 4,5305 0,8548
40,00 3,0442 3,5910 0,8477
50,00 2,4540 2,9192 0,8407
60,00 2,0192 2,4217 0,8338
70,00 1,6844 2,0377 0,8266
80,00 1,4210 1,7342 0,8194
20,00 4,6349 5,3918 0,8596
30,00 3,5495 4,1634 0,8526
40,00 2,7979 3,3100 0,8453
50,00 2,2584 2,6955 0,8378
60,00 1,8597 2,2392 0,8305
70,00 1,5434 1,8745 0,8234
80,00 1,2649 1,5509 0,8156
20,00 5,7526 6,5220 0,8820
30,00 4,4964 5,1395 0,8749
40,00 3,6089 4,1601 0,8675
50,00 2,9594 3,4400 0,8603
60,00 2,4718 2,8980 0,8529
70,00 2,0964 2,4791 0,8456
80,00 1,8024 2,1492 0,8386
90,00 1,5678 1,8858 0,8313
100,00 1,3783 1,6724 0,8241
20,00 3,8882 4,6716 0,8310
30,00 3,0156 3,6580 0,8244
40,00 2,4091 2,9473 0,8174
50,00 1,9684 2,4286 0,8105
60,00 1,6389 2,0394 0,8036
70,00 1,3867 1,7408 0,7966
79,99 1,1895 1,5066 0,7896
90,00 1,0335 1,3205 0,7827
100,00 0,90827 1,1706 0,7759
164

B.2 Temperaturas de destilação
VOLUME
RECUPERADO
(%)
TABELA 32
Temperaturas de destilação dos combustíveis.
B3
(°C)
B10
(°C)
B20
(°C)
B20E2
(°C)
B20E5
(°C)
S10
(°C)
0 180,5 168,5 173,2 78,8 78,4 187
5 217,3 216,3 223,4 211,6 183,7 209,9
10 233,4 233,2 239,6 227,0 219,0 217,4
15 242,7 245,4 252,4 236,3 234,6 225,2
20 253,7 255,2 261,1 251,1 241,8 233,0
25 260,0 263,0 270,2 264,3 254,2 239,8
30 266,6 269,2 277,7 274,2 267,1 246,2
35 272,9 275,6 284,4 282,1 278,3 252,3
40 279,2 282,9 291,5 290,3 288,2 257,6
45 285,3 289,1 298,5 298,4 296,0 262,6
50 290,5 296,2 305,0 306,3 303,9 268,1
55 297,2 303,0 311,6 312,0 310,9 273,3
60 304,7 309,8 317,9 319,2 317,5 279,5
65 311,4 316,1 323,0 324,6 323,0 285,6
70 318,5 323,1 328,6 329,8 328,7 294,1
75 326,6 329,9 333,8 334,3 333,9 303,4
80 334,8 336,9 338,9 339,1 338,2 314,2
85 344,9 344,3 344,6 344,2 343,8 327,0
90 357,4 354,5 352,8 352,0 350,9 341,0
95 376,3 372,1 369,4 367,1 365,9 355,6
165

B.3 Ponto de entupimento de filtro a frio
TABELA 33
Ponto de entupimento de filtro a frio dos combustíveis.
COMBUSTÍVEL CFPP (°C)
B3 -6
B10 -6
B20 -7
B100 -6
B20 E2 -7
B20 E5 -7
S10 < -26
166

ANEXO C – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO ÓLEO DIESEL S500
Diesel Fuel specification for Brazil / METROPOLITAN- "D"
Year of implementation jul/09
Spec Name
Portaria ANP N°
15, 2006
Property Test Method
Cetane number, min 42 ASTM D 613
ASTM D 2622/ASTM D
1552/ASTM D 4294/ASTM D
5453/ABNT NBR 14875/ABNT
Sulfur, ppm, max 500
NBR 14533
Density @ 20°C, kg/m3, min 820
Density @ 20°C, kg/m3, max 865
167
ASTM D 1298/ASTM D
4052/ABNT NBR 7148/ABNT
NBR 14065
ASTM D 1298/ASTM D
4052/ABNT NBR 7148/ABNT
NBR 14065
Viscosity @ 40°C, cSt, min 2 ASTM D 445/ABNT NBR 10441
Viscosity @ 40°C, cSt, max 5 ASTM D 445/ABNT NBR 10441
Distillation
T50, °C, min 245 ABNT NBR 9619/ASTM D 86
T50, °C, max 310 ABNT NBR 9619/ASTM D 86
T85, °C, max 360 ABNT NBR 9619/ASTM D 86
Flash Point, °C, min 38
ASTM D 56/ASTM D 93/ASTM
D 3828/ABNT NBR 7974/ABNT
NBR 14598
Carbon residue 10%, wt%, max 0,25 ASTM D 524/ABNT NBR 14318
Cold Filter Plugging Point (CFPP), °C, max (1)
Water and sediment, vol%, max 0,05
ASTM D 6371/ABNT NBR
14747
ASTM D 1796/ABNT NBR
14647
Ash, wt%, max 0,01 ASTM D 482/ABNT NBR 9842
Lubricity, HFRR wear scar diam @ 60°C,
micron, max 460 ASTM D 6079
Copper corrosion, 3hr @ 50°C, merit (class),
max 1 ASTM D 130/ABNT NBR 14359
Color, max 3
ASTM D 1500/ABNT NBR
14483
Appearance free of impurities
FAME content, vol%, min (2)(3)
Notes:
1. Varies based on season and region: values are listed in Table 2 of the ANP Resolução no. 15, issued July 17th, 2006.
2. Compulsory addition of biodiesel in percentage determined by current legislation.
3. Diesel fuel is required to be blended with 3 vol% biodiesel as of July 2008 and with 4 vol% biodiesel as of July 2009.
Fonte: IFQC,2009

ANEXO D – ESPECIFICAÇÕES TÉCNIICAS DO ÓLEO DIESEL S50
Diesel Fuel specification for Brazil / S50
Year of implementation jul/09
Spec Name
Portaria ANP
N° 32, 2007
Property S50(1) Test Method
Cetane number, min 46
Sulfur, ppm, max 50
ASTM D 2622/ASTM D 5453/ABNT
NBR 14533
Polyaromatics, wt%, max Report ASTM D 5186
ASTM D 1298/ASTM D 4052/ABNT
Density @ 20°C, kg/m3, min 820 NBR 7148/ABNT NBR 14065
ASTM D1298/ASTM D4052/ ABNT
Density @ 20°C, kg/m3, max 850 NBR 7148/ABNT NBR 14065
Viscosity @ 40°C, cSt, min 2 ASTM D 445/ABNT NBR 10441
Viscosity @ 40°C, cSt, max
Distillation
5 ASTM D 445/ABNT NBR 10441
T10, °C, min Report
T10, °C, max Report
T50, °C, min 245
T50, °C, max 310
T90, °C, max 360
Flash Point, °C, min 38
ASTM D 56/ASTM D 93/ABNT NBR
7974/ABNT NBR 14598
Carbon residue 10%, wt%, max 0,25
ASTM D 524/ABNT NBR
14318/NBR 14318
Cold Filter Plugging Point (CFPP), °C, max 12(2) ASTM D 6371/ABNT NBR 14747
Water and sediment, vol%, max 0,05 ASTM D 1796/ABNT NBR 14647
Water, vol%, max Report ASTM D 6304/ABNT NBR 11348
Ash, wt%, max 0,01 ASTM D 482/ABNT NBR 9842
Lubricity, HFRR wear scar diam @ 60°C,
micron, max 460(3) ISO 12156
Copper corrosion, 3hr @ 50°C, merit (class),
max 1 ASTM D 130/NBR 14359
Oxidation stability, mg/100ml, max Report ASTM D 2274
Total acid number, mg KOH/g, max Report ASTM D 974/ABNT NBR 14248
Color, max 3
Clean, free of
ASTM D 1500/ABNT NBR 14533
Appearance
impurities Visual
FAME content, vol%, min (4)(5)
Notes:
1. This specification is not required by ANP; the resolution states that S-50 will be made available commercially when
adequacy of logistics supply becomes available.
2. Maximum limits for CFPP vary according to state and season--limits are listed on Resolução ANP N°32.
3. Alternatively can be adopted to ASTM D 6079, with a maximum wear scar of 520 microns.
4. Compulsory addition of biodiesel in percentage determined by current legislation.
5. Diesel fuel is required to be blended with 3 vol% biodiesel as of July 2008 and with 4 vol% biodiesel as of July 2009.
Fonte: IFQC,2009
168

ANEXO E – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO BIODIESEL B100 (ANP)
Biodiesel Fuel specification for Brazil
Year of implementation mar/08
Spec Name
Resolução ANP N° 7,
2008
Property B100 Test Method
ASTM D 613/EN ISO
Cetane number, min Report(1) 5165/ASTM D 6890
Ester content (concentration), wt%, min 96.5(2)(3) ABNT NBR 15342/EN 14103
ASTM D 5453/ISO 20846/ISO
Sulfur, ppm, max 50
20884
ABNT NBR 7148/ABNT NBR
14065/ASTM D 1298/ASTM D
4052/EN ISO 3675/EN ISO
Density @ 20°C, kg/m3, min 850 12185
ABNT NBR 7148/ABNT NBR
14065/ASTM D 1298/ASTM D
4052/EN ISO 3675/EN ISO
Density @ 20°C, kg/m3, max 900 12185
ASTM D 445/ABNT NBR
Viscosity @ 40°C, cSt, min 3
10441/EN ISO 3104
ASTM D 445/ABNT NBR
Viscosity @ 40°C, cSt, max 6
10441/EN ISO 3104
ASTM D 93/ABNT NBR
Flash Point, °C, min 100(4) 14958/EN ISO 3679
Carbon residue 100% (CCR), wt%, max 0,05 ASTM D 4530
Water, vol%, max .044(5)(6) ASTM D6304/EN ISO 12937
ABNT NBR 6294/ASTM D
Sulfated Ash, wt%, max 0,02 874/EN ISO 3987
Total contamination, ppm, max 24 EN ISO 12662
ABNT NBR 14359/ASTM D
Copper corrosion, 3hr @ 100°C, max 1
130/EN ISO 2160
ASTM D 664/ABNT 14448/EN
Acid value, mg KOH/g, max 0,5
14104
Methanol, vol%, max 0.20(7) ABNT NBR 15343/EN 14110
Ethanol, vol%, max 0.20(8) ABNT NBR 15343/EN 14110
ABNT NBR 15342/ASTM D
Monoglycerides, wt%, max Report(9)(10)(11) 6584/EN 14105
ABNT NBR 15342/ASTM
Diglycerides, wt%, max Report(12)(13)(11) D6584/EN 14105
Triglycerides, wt%, max Report(14)(11)(10)
Glycerol .025(14)(10)
Free Glycerol, wt%, max 0.02(15)(10)
ABNT NBR 15342/ABNT
15344/ASTM D6584/EN 14105
ABNT NBR 15344/ASTM D
6584/EN 14105
ABNT NBR 15341/ASTM
D6584/EN 14105/EN 14106
Total, wt%, max 0,25
ABNT NBR 15341/ASTM
D6584/EN 14105/EN 14106
Iodine number, g/100g, max Report(11) EN 14111
169

Year of implementation mar/08
Spec Name
Resolução ANP N° 7,
2008
Property B100 Test Method
ABNT NBR 15553/ASTM D
Phosphorus, ppm, max 10 4951/EN 14107
ABNT NBR 15554/ABNT NBR
15555/ABNT NBR 15553/ABNT
NBR 15556/EN 14108/EN
Alkali, Group I (Na, K), ppm, max 5 14109/EN 14538
Metals, Group II (Ca, Mg), ppm, max
Distillation
T90, °C, max
ABNT NBR 15553/ABNT NBR
5 15556/EN 14538
Cold Filter Plugging Point (CFPP), °C,
ABNT 14747/ASTM D6371/EN
max 19(16)(17)
116
Oxidation stability @ 110°C, hour, min 6 EN 14112(18)
Others (use of additives etc.)
Notes:
(19)
1. Cetane number, monoglycerides, diglycerides, triglycerides and iodine number must all be
analyzed together every trimester. The results of these tests must be sent by the biodiesel producer
to ANP, and must be based on a sample of the biodiesel sold by the producer during each
corresponding trimester. If the producer changes the feedstock(s) used in the biodiesel, the
producer must then submit analyses of a number of samples corresponding to each of the different
feedstocks used. If the producer changes the feedstock(s) used in the biodiesel, the producer must
then submit analyses of a number of samples corresponding to each of the different feedstocks
used.
2. For biodiesel samples derived from animal fats, method ABNT NBR 15342 can be used.
3. If the biodiesel being tested includes castor oil AND is the product of more than one feedstock,
ABNT NBR 15342 should be used to test ester content.
4. If flash point is greater than 130 degrees Celsius, the methanol/ethanol limit is waived.
5. Resolução ANP N° 7 actually limits water content to 500mg/Kg; assuming a biodiesel density of
880Kg/m 3 , the resulting water content by volume is 0.044%.
6. This water content limit must be met by whomever is responsible for obtaining certification, be it
the producer or the importer.
7. This limit is for sum total of methanol and ethanol.
8. This limit is for the sum total of methanol and ethanol.
9. If the biodiesel being tested includes castor oil AND is the product of more than one feedstock,
ABNT NBR 15342 should be used to test monoglyceride content.
10. The EN/ISO & ASTM test methods apply to feedstocks whose processing involves methods
and/or routes other than ethyl (ethanol) route.
Notes:
11. Cetane number, monoglycerides, diglycerides, triglycerides and iodine number must all be
analyzed together every trimester. The results of these tests must be sent by the biodiesel producer
to ANP, and must be based on a sample of the biodiesel sold by the producer during each
corresponding trimester. If the producer changes the feedstock(s) used in the biodiesel, the
producer must then submit analyses of a number of samples corresponding to each of the different
feedstocks used.
12. If the biodiesel being tested includes castor oil AND is the product of more than one feedstock,
ABNT NBR 15342 should be used to test diglyceride content.
13. The EN/ISO & ASTM test methods apply to feedstocks whose processing involves methods and
routes other than ethyl (ethanol) route.
170

14. If the biodiesel being tested includes castor oil AND is the product of more than one feedstock,
ABNT NBR 15344 should be used to test triglyceride content.
15. If the biodiesel being tested includes castor oil AND is the product of more than one feedstock,
ABNT NBR 15341 should be used to test triglyceride content.
16. The 19°C limit applies to the South, Southeast and Midwest Regions and the state of Bahia. For
other regions, the biodiesel may be delivered at temperatures above 19°C, provided that both buyer
and seller agree to this stipulation before the sale.
17. The test methods listed in this specification cannot be used for testing biodiesel made entirely
from castor beans.
18. This EN/ISO test method applies to feedstocks whose processing involves methods and/or
routes other than ethyl (ethanol) route.
19. Biodiesel must appear clear and free of impurities.
Fonte: INTERNATIONAL FUEL QUALITY CENTER,2009
171

ANEXO F – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO BIODIESEL B100 (EN 14214)
Biodiesel Fuel specification for EU /FAME (Fatty Acid Methyl Esters)
Year of implementation mai/09
Spec Name EN 14214:2008
Property Test Method
Cetane number, min 51 EN ISO 5165
Ester content (concentration), wt%, min 96,5 EN 14103(1)
Sulfur, ppm, max 10 EN ISO 20846, EN ISO 20884
Density @ 15°C (60°F), kg/m3, min 860 EN ISO 3675/EN ISO 12185/(2)
Density @ 15°C (60°F), kg/m3, max 900 EN ISO 3675/EN ISO 12185/(2)
Density @ 20°C, kg/m3, min (3)
Density @ 20°C, kg/m3, max (3)
Viscosity @ 40°C, cSt, min 3,5 EN ISO 3104
Viscosity @ 40°C, cSt, max 5 EN ISO 3104
Flash Point, °C, min 101 EN ISO 2719, EN ISO 3679
Carbon residue 10%, wt%, max 0,3 EN ISO 10370
Water, vol%, max 500 EN ISO 12937
Sulfated Ash, wt%, max 0,02 ISO 3987
Total contamination, ppm, max 24 EN 12662 (1)
Copper corrosion, 3hr @ 100°C, max class 1 (4) EN ISO 2160
Acid value, mg KOH/g, max
Alcohol
0,5 EN 14104
Methanol, vol%, max
Ethanol, vol%, max
0,2 EN 14110
Monoglycerides, wt%, max 0,8 EN 14105
Diglycerides, wt%, max 0,2 EN 14105
Triglycerides, wt%, max
Glycerol
0,2 EN 14105 (1)
Free Glycerol, wt%, max 0,02 EN 14105 / EN 14106 (1)
Total, wt%, max 0,25 EN 14105
Linolenic acid methyl ester, wt%, max 12 EN 14103
Polyunsaturated methyl esters, wt%,
max
1
Iodine number, g/100g, max 120 EN 14111
Phosphorus, ppm, max 4 EN 14107
Alkali, Group I (Na, K), ppm, max 5
EN 14108, EN 14109, EN
14538(1)
Metals, Group II (Ca, Mg), ppm, max 5 EN 14538
Oxidation stability @ 110°C, hour, min 6 prEN 15751, EN 14112
Others (use of additives etc.) (5)
Notes:
(1) Current methods do not meet the 2R requirement of EN ISO 4259 at the limit values specified in this standard.
(2) Density may be measured by EN ISO 3675 over a range of temperatures from 20°C to 60°C.
A factor of 0.723 kg/m 3 may be used to convert observed density to density at 15°C.
(3) Density may be measured over a range of temperatures from 20°C to 60°C.
(4) The use of dyes and markers is allowed.
Fonte: INTERNATIONAL FUEL QUALITY CENTER,2009
172

ANEXO G – ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DO ETANOL
Ethanol Fuel specification for Brazil
Year of implementation jul/09
Spec Name
Resolução ANP N°
36, 2005
Property
Anhydrous
Ethanol
Test Method
Ethanol, vol%, min 99.6(1) ASTM D 5501
Density @ 20°C, kg/m3, max 791,5 ASTM D 3505/ASTM D 4052
Chloride, ppm, max
Copper, ppm, max 7(4)(5) ABNT NBR 10893
Iron, g/l
Acetic Acid, g/l, 100% EtOH, max 0,03 ASTM D 1613/ABNT NBR 9866
Alcohol, wt%, min 99,3 ABNT NBR 5992
Non-volatile matter, g/100ml, max
Color, APHA, max Colorless(8) Visual
Sulfate, ppm, max 4(4) ABNT NBR 10894/ABNT NBR 12120
Electrical Conductivity, µS/m, max 500 ASTM D 1125/ABNT NBR 10547
Appearance
pH, max
Clear, free of
impurities(9) Visual
Aromatics, vol%, max
Sodium, ppm, max
3 ABNT NBR 13993
Year of implementation jul/09
Spec Name
Resolução ANP N°
36, 2005
Property Hydrous Ethanol Test Method
Ethanol, vol%, min 95.1(1) ASTM D 5501
Density @ 20°C, kg/m3, min 807.6(2) ASTM D 3505/ASTM D 4052
Density @ 20°C, kg/m3, max 811.0(2) ASTM D 3505/ASTM D 4052
Chloride, ppm, max
Copper, ppm, max
1(3)
ABNT NBR 10894/ABNT NBR
10895/ASTM D 512
Iron, g/l 3.95(6)(4) ABNT NBR 11331
Acetic Acid, g/l, 100% EtOH, max 0,03 ASTM D 1613/ABNT NBR 9866
Alcohol, wt%, min 92.6(7) ABNT NBR 5992
Non-volatile matter, g/100ml, max
Color, APHA, max Colorless Visual
Sulfate, ppm, max 4.0(4) ABNT NBR 10894/ABNT NBR 12120
173

Electrical Conductivity, µS/m, max 500 ASTM D 1125/ABNT NBR 10547
Appearance
Clear, free of
impurities Visual
pH, min 6 ABNT NBR 10891
pH, max 8 ABNT NBR 10891
Aromatics, vol%, max 3(3) ABNT NBR 13993
Sodium, ppm, max 2(4) ABNT NBR 10422
Notes:
1Compliance with this specification is mandatory for ethanol that is not derived from fermentation of sugar cane and in cases
where there is suspicion that the ethanol in question is contaminated with other types of alcohol.
2. In the case of importation, distribution and resale of ethanol the minimum and maximum density limits are 805.0 and 811.0,
respectively.
3. Testing for and meeting limits for distillation residue, aromatics and chloride is required for importation, distribution and
resale of ethanol; it is NOT required of producers in the process of issuing a Certificate of Quality for their ethanol.
4. The producer will have to write into to the Certificate of Quality the test results for sulfate, iron, sodium obtained in the
latest biweekly set of tests, as detailed in Article 5, § 1 of Resolução ANP N° 36, 2005.
5. Must be measured on Anhydrous Ethanol that has come into contact with equipment and/or piping containing copper or
copper alloys during transportation and/or production.
6. Actual limit is 5 mg/kg. In volume terms, limit is 3.95 mg assuming that ethanol density is equal to 789 g/l.
7. This specification also includes a maximum alcohol limit of 93.8% by weight for Hydrous Ethanol.
8. Colorless before a dye’s addition, as specified in Table II of the Technical Rules, which must be added at a concentration
of 15 mg/L giving the product an orange color.
9. Clean and without impurities.
10. Examination of the heater tube to determine the visual tube rating using the Visual Tuberator shall be carried out within
120 minutes of completion of the test.
11. Hydrocarbon content is limited to a maximum of 3.0 vol% per ABNT/NBR 13993
12. There is a maximum limit for sodium content at 2.0 ppm as measured by ABNT/NBR 10422.
13. There is a requirement for total alcohol, °INPM of between 92.6 and 93.8 vol% as measured by ABNT/NBR 5992.
Fonte: INTERNATIONAL FUEL QUALITY CENTER,2009
174

ANEXO H – LIMITES DE EMISSÕES PARA VEÍCULOS A DIESEL (BRASIL E
UNIÃO EUROPÉIA)
VEÍCULOS LEVES DE
PASSAGEIROS
BRASIL
ARGENTINA
CEN
CONAMA FASE II
(similar USA'87)
CONAMA FASE III
(similar TIER 1)
CONAMA FASE IV
(similar TIER 2)
CO
(g/km)
HC
(g/km)
NOX
(g/km)
HC + NOX
(g/km)
175
MP
(g/km)
2,00 0,30 - 0,60 0,05
2,00 - 0,16 0,60 0,05
2,00 - 0,05 0,25 0,05
EURO II 1,00 - - 0,70 0,08
EURO III 0,64 - 0,50 0,56 0,05
EURO IV 0,50 - 0,25 0,30 0,025
EURO II 0,50 - 0,25 0,30 0,025
EURO III 0,50 - 0,18 0,23 0,025
EURO IV 0,50 - 0,08 0,17 0,025