Desenvolvimento de motores monocilíndricos 4 tempos movidos a combustíveis renováveis (etanol e biodiesel) a partir de motores monocilíndricos 4 tempos movidos a combustíveis convencionais (gasolina e diesel)

Abstract

Resumo: Os motores a combustão interna são considerados poluentes devido às emissões geradas durante a queima de combustíveis fósseis. No entanto, as energias renováveis procuram fontes alternativas as convencionais, conhecidas como "energias limpas," com o intuito de reduzir emissões, sendo uma alternativa para a preservação do meio ambiente. O trabalho consiste na obtenção dos valores das curvas de potência, curvas de torque, aferições dos níveis de ruídos e aferições das emissões dos gases dos motores, com os diferentes combustíveis propostos (convencionais e renováveis). Além da pesquisa de mercado para analisar a viabilidade e a aceitação do uso desses combustíveis para esses tipos de ciclos de motores no mercado nacional. Por meio de pesquisa quantitativa foram analisados os valores obtidos nos testes realizados nos dois motores estacionários, monocilíndricos, 4 tempos, OHV, sendo um ignição por centelha - ciclo Otto (B4T-5.5cv) e o outro ignição por compressão - ciclo Diesel (BD-5.0cv). O motor de ignição por centelha, foi testado com gasolina comum (tipo C com 27,5% de etanol adicionado na composição), gasolina aditivada, gasolina podium® e etanol anidro 95% (o motor a gasolina passou por alterações para operar com etanol), para o motor de ignição por compressão, foi testado com Diesel comum S-500, Diesel S-10 e com biodiesel (extraído de óleo vegetal de soja), compondo as misturas B25, B50 e B75, sendo a B25 composta por 75% de diesel S-500 + 25% de biodiesel, a mistura B50 composta por 50% de diesel S-500 + 50% de biodiesel e a mistura B75 composta por 25% de diesel S-500 + 75% de biodiesel. Para os combustíveis renováveis, os resultados para o motor de ignição por centelha (ciclo Otto) mostraram acréscimo de: 0,48 hp na potência e 0,11 kgf.m no torque, aumento de 1,61 dBA no nível de ruído e decréscimo nos valores de emissões de CO em 83 ppm e NO em 56 ppm, para o uso do etanol em relação a gasolina comum. Os resultados para o motor de ignição por compressão (ciclo Diesel) mostraram acréscimo ne nível de ruído de 1,72 dBA e decréscimo de 0,32 hp na potência, 0,09 kgf.m no torque e nos valores de emissões de CO em 139 ppm e de NO em 34 ppm, para o uso das misturas de biodiesel, no caso a B75 em relação ao Diesel comum. A análise mostrou que os motores a etanol e a biodiesel são uma alternativa viável aos combustíveis fósseis, sendo vistos como energia limpa, quando comparados aos motores convencionais (gasolina e diesel).

Abstract: Internal combustion engines are considered polluting due to the emissions generated during the combustion of fossil fuels. However, renewable energies seek alternative sources to conventional ones, known as "clean energies," with the aim of reducing emissions, as an alternative for environmental preservation. The work involves obtaining power curves, torque curves, noise level measurements, and emissions measurements of engine gases using different proposed fuels (conventional and renewable). Market research was also conducted to analyze the feasibility and acceptance of using these fuels for these types of engine cycles in the national market. Through quantitative research, values obtained from tests conducted on two stationary engines, single-cylinder, 4-stroke, OHV, one spark-ignition - Otto cycle (B4T-5.5hp) and the other compression-ignition - Diesel cycle (BD-5.0hp), were analyzed. The spark-ignition engine was tested with regular gasoline (Type C with 27.5% ethanol added to the composition), premium gasoline, podium® gasoline, and anhydrous ethanol 95% (the gasoline engine underwent modifications to operate with ethanol). The compression-ignition engine was tested with regular Diesel S-500, Diesel S-10, and biodiesel (extracted from soybean vegetable oil), composing the B25, B50, and B75 blends, with B25 composed of 75% Diesel S-500 + 25% biodiesel, B50 composed of 50% Diesel S-500 + 50% biodiesel, and B75 composed of 25% Diesel S-500 + 75% biodiesel. For renewable fuels, the results for the spark-ignition engine (Otto cycle) showed an increase of 0.48 hp in power and 0.11 kgf.m in torque, an increase of 1.61 dBA in noise level, and a decrease in CO emissions by 83 ppm and NO emissions by 56 ppm when using ethanol compared to regular gasoline. The results for the compression-ignition engine (Diesel cycle) showed an increase in noise level of 1.72 dBA and a decrease of 0.32 hp in power, 0.09 kgf.m in torque, and a decrease in CO emissions by 139 ppm and NO emissions by 34 ppm when using biodiesel blends, specifically B75, compared to regular Diesel. The analysis showed that ethanol and biodiesel engines are a viable alternative to fossil fuels, being seen as clean energy when compared to conventional engines (gasoline and diesel).