6º Congresso Internacional de Bioenergia PROGRAMA PARANAENSE DE BIOENERGIA MISTURAS DE ÓLEOS VEGETAIS E DIESEL EM MOTORES DE TRATORES 6º Congresso Internacional de Bioenergia Centro de Eventos da FIEP Curitiba, 18 de agosto de 2011 José Carlos Laurindo TECPAR/CERBIO

INTRODUÇÃO Com o intuito de subsidiar e responder questões relativas às misturas de óleos vegetais e Diesel, utilizadas como combustíveis para motores Diesel em tratores agrícolas, o CERBIO – Centro de Energias Renováveis do TECPAR – Instituto de Tecnologia do Paraná, em parcerias com a UEM – Universidade Estadual de Maringá e o CPRA – Centro Paranaense de Referência em Agroecologia, da Secretaria Estadual de Agricultura e Abastecimento - SEAB, realizaram experimentos de campo de junho de 2007 a setembro de 2010 . Na Fazenda Iguatemi do Setor de Ciências Agrárias da UEM, em Maringá PR, foi monitorado o trator Massey Fergusson MF-275, consumindo misturas de óleo vegetal e Diesel, como combustível. No CPRA,em Pinhais PR, foi monitorado o trator da Case New Holand CNH-TT 55, consumindo as mesmas misturas de óleo vegetal e Diesel. Nestes experimentos as máquinas operaram com misturas dos óleos de soja ou de girassol com Diesel comercial metropolitano, no trator CNH-TT 55 e com Diesel comercial interior, no trator MF-275.

ORIGEM DOS ÓLEOS VEGETAIS Óleo Vegetal bruto de soja extraído e filtrado mecanicamente a frio, na usina Witmarsum. Óleo Vegetal bruto de girassol extraído e filtrado mecanicamente a frio, na Planta do Instituto Cristão de Desenvolvimento – ICD / COPERBIOBRASIL, instalada no CPRA. 3

EXTRAÇÃO DOS ÓLEOS VEGETAIS Equipamentos da Mini Usina Witmarsum.

EXTRAÇÃO DOS ÓLEOS VEGETAIS Equipamentos da Mini Usina Witmarsum.

EXTRAÇÃO DOS ÓLEOS VEGETAIS Mini Usina Compacta do – ICD, instalada no CPRA.

CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS VEGETAIS Valores de viscosidades a 40 0C em função do teor de óleo de soja na mistura Porcentagem de óleo vegetal (% volume) Viscosidade cinemática a 40 ºC (mm2/s) # 3.11 (Diesel puro) 10 3.97 15 4.49 19 4.91 20 5.07 100 31.50 (OV puro) # Viscosidade máxima para o Diesel 5 mm2/s (ANP 15) Fonte: CERBIO

CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS VEGETAIS Valores de viscosidade cinemática de OV-100 e OV-20 em função da temperatura Temperatura (ºC) Óleo de soja puro OV-100 (Viscosidade em mm2/s) Mistura OV-20 25 54.26 --- 40 31.50 5.07 50 23.18 4.08 60 17.49 3.35 70 13.87 2.83 80 10.95 2.41 90 8.98 2.10 100 7.49 1.83* * Este valor encontra-se fora da faixa de aplicação recomendada para o capilar utilizado. Fonte: CERBIO

CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS VEGETAIS Limite máximo (%, massa) Valores de resíduo de carbono para as amostras OV-100 e OV-20 Ensaio Óleo de soja puro (OV-100) Mistura OV-20 Resíduo de carbono Conradson da amostra integral, % massa (Ramsbottom, conversão segundo norma ASTM D 189) 0,38 0,18 Norma / Ensaio Limite máximo (%, massa) Resolução ANP nº 15 - diesel Resíduo de carbono Ramsbottom, resíduo dos 10 % finais da destilação – ASTM D 524 0,25 Norma RK 05/2000 – óleos vegetais Resíduo de carbono – DIN EN ISO 10370 0,40 Fonte: CERBIO

TRATORES Trator MF 275 utilizado no teste com OV-20 , na UEM Motorização Perkins série 4000; 70 CV a 2.200 rpm

TRATORES Trator CNH TT55 utilizado no teste com OV-20 , no CPRA Motorização IVECO modelo 8035.05; com 55 CV a 2500 rpm

ABASTECIMENTO Bomba e reservatório de abastecimento de OV-20 , no CPRA

ABASTECIMENTO Posto de abastecimento de OV-20 , da Fazenda Iguatemi - UEM

PREPARAÇÃO DOS TRATORES Verificação do sistema de injeção e pressão dos cilindros do Trator MF 275 da UEM

PREPARAÇÃO DOS TRATORES Verificação do sistema de injeção do Trator CNH TT 55 do CPRA

ANALISADORES DE FUMAÇA Ensaios BOSCH e de Opacidade da fumaça

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Ensaios de Fumaça no trator MF 275 da UEM Trator MF 275, fumaça BOSCH com Diesel em 25/07/2007 No de amostras Leituras dos Nos BOSCH (unidade EDT 020.50) I II III IV Médias Marcha lenta 0,7 0,5 0,6 Acelerações 2,0 2,1 2,3 2,2

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Ensaios de Fumaça no trator MF 275 da UEM Trator MF 275, fumaça BOSCH com OV-20 em 25/07/2007 No de amostras Leituras dos Nos BOSCH (unidade EDT 020.50) I II III IV Médias Marcha lenta 0,1 0,2 Acelerações 2,9 2,6 2,8

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Ensaios de Fumaça no trator CNH TT55 do CPRA Trator CNH TT55, fumaça BOSCH com Diesel (19 horas após revisão RETIBOMBAS) No Leituras dos Nos BOSCH (28/08/08) de amostras I II III IV V VI Médias Marcha lenta Acelerações 5,3 5,2 4,5 5,1

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Ensaios de Fumaça no trator CNH TT55 do CPRA Trator CNH TT55, fumaça BOSCH com OV (300 horas após revisão RETIBOMBAS) No Leituras dos Nos BOSCH (15/12/08) de amostras I II III IV V VI Médias Marcha lenta Acelerações 6,2 5,8 5,9

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Ensaios de Opacidade no trator MF 275 da UEM

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Ensaios de Opacidade no trator MF 275 da UEM

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Ensaios de Opacidade no trator CNH TT55 do CPRA

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Ensaios de Opacidade no trator CNH TT55 do CPRA

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Variações de consumo dos combustíveis do trator MF 275 da UEM Condição de operação Consumo de Diesel em [l/h] Consumo de OV-20 em [l/h] Variações dos consumos Máquina parada (1900 rpm) 3,18 3,69 + 16,0 Grade com 7o 5,87 6,20 + 5,6 Grade com 15o 6,81 7,17 + 5,4 Grade com 30o 7,32 8,28 + 13,1

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Variações de consumos de combustíveis do trator CNH TT55 do CPRA Condição de Operação Consumos em [l/h] Uso Geral com OV-20 2,42 Acionando roçadeira com OV-20 2,78 Consumo nominal do TT55 Diesel # 3,5 # Valor de referência fornecido pela CNH

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Acompanhamento do óleo lubrificante do trator MF 275 da UEM

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Acompanhamento do óleo lubrificante em trator CNH TT55 do CPRA

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Medidas das pressões nos cilindros no trator MF 275 da UEM

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Medidas das pressões nos cilindros no trator CNH TT55 do CPRA 30

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Medidas das pressões nos cilindros no trator MF 275 da UEM Medidas efetuadas no início do teste com OV-20 em julho 2007 Cilindro no Pressões [kgf/cm2] 1 25 2 27 3 26 4 Medidas efetuadas, após 263 horas com OV-20 em novembro 2007 Cilindro no Pressões [kgf/cm2] 1 32 2 3 35 4 34 Considerando as médias das pressões antes e depois do teste, verifica-se um aumento de 27,9% indicando problemas internos no motor, provavelmente devido a depósitos nas câmaras de combustão. Um aumento de

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Medidas das pressões nos cilindros no trator CNH TT55 275 do CPRA Medidas efetuadas no início do teste com OV-20 em agosto 2008 Cilindro no Pressões [kgf/cm2] 1 25 2 3 24 Medidas efetuadas, após 300 horas com OV-20 em dezembro 2008 Cilindro no Pressões [kgf/cm2] 1 25 2 3 Pode-se observar que as pressões dos cilindros mantiveram se constantes indicando que não houve acúmulo significativo de resíduos da combustão em 300 horas de teste. Um aumento de

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Comparação dos bicos injetores do trator MF 275 da UEM Antes do teste, 408 h com Diesel, após preparação do motor Após 263 h com a mistura OV-20

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Comparação dos bicos injetores do trator CNH TT55 do CPRA Antes do teste, 571 h com Diesel, antes da preparação do motor para o teste Após 300 h com a mistura OV-20

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Verificação dos coletores de admissão trator MF 275 da UEM Antes do teste, 408 h com Diesel, após preparação do motor Após 263 h com a mistura OV-20

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Verificação das válvulas de admissão trator MF 275 da UEM Antes do teste, 408 h com Diesel, após preparação do motor Após 263 h com a mistura OV-20

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Verificação dos dutos de escapamento trator MF 275 da UEM Antes do teste, 408 h com Diesel, após preparação do motor Após 263 h com a mistura OV-20

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Verificação dos dutos de escapamento trator CNH TT55 do CPRA Motor operando 571 horas com Diesel 38

DADOS DOS ENSAIOS EM CAMPO Vazamento no retentor do eixo da bomba injetora do trator CNH-TT55 após 1.180 horas de uso da OV-20. Bolhas de ar * Retentor entregue para verificação na CNH em setembro de 2010. 39

Conclusões para o trator MF 275 da UEM ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL Conclusões para o trator MF 275 da UEM Apesar do motor ter operado normalmente por 263 horas, internamente os depósitos carbonosos apareceram e a continuidade do uso provocaria problemas no motor. Os depósitos nos injetores (que certamente estarão presentes nas câmaras de combustão) fizeram com que as pressões dos cilindros aumentassem, como se a taxa de compressão fosse aumentada. O aumento das pressões, provoca sobrecarga nos anéis e a sua conseqüente quebra. Já os depósitos nos dutos de escapamento, provocam restrição que comprometem o desempenho do motor. Os fatos observados permitem concluir que o uso da mistura OV-20, no motor do trator MF-275, não é recomendável.

ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL Conclusões para o trator CNH TT55 do CPRA O trator operou normalmente por 1000 horas, com a mistura OV-20, sem nenhuma modificação e registro de anormalidades dignas de nota. As medições das pressões dos cilindros indicaram valores praticamente constantes verificando-se que estavam com os mesmos valores do início do teste e dentro das especificações do fabricante do motor. As análises de óleo lubrificante, efetuadas pela PETRONAS, durante o teste, apresentaram valores normais e compatíveis com a aplicação do lubrificante neste tipo de equipamento. Com 1.180 horas foi substituído retentor do eixo da bomba injetora que sofreu ressecamento, provavelmente devido a incompatibilidade do material com o OV. Diante destas observações, foi recomendado que a máquina continuasse em uso com OV-20, o que não foi possível pois ao final da 2010 a CNH, inadvertidamente, vendeu o trator que estava em este no CPRA.

ÓLEOS VEGETAIS EM MOTORES DIESEL Possível explicação para a diferença encontrada nas máquinas ensaiadas. Considerando que máquinas são de fabricantes diferentes com tecnologias diferentes, assim o motor do MF-275 é um PERKINS da série 4000, de projeto mais antigo que o motor do CNH- TT55, que é um IVECO modelo 8035.05 mais moderno, isto pode ser observado pela diferença das câmaras de combustão: CC do CNH-TT55, (mais turbulenta) CC do MF-275, (menos turbulenta) 42

Equipe do CERBIO laurindo@tecpar.br Elisa Maria Suchek – Técnica em Química Patrícia Raquel Silva – Engenheira Química Giuliano Fernandes Zagonel - Químico Wellington W. D. Vechiatto – Químico Industrial Claylton S. C. Murbach – Técnico Mecânico OBRIGADO PELA ATENÇÃO laurindo@tecpar.br (41) 3316-3032