Combustíveis Líquidos

Os combustíveis líquidos utilizados para geração de energia são o óleo diesel, o óleo combustível, o petróleo cru, e o biodiesel. Os três primeiros são derivados de petróleo e o obtém-se o último a partir de óleos vegetais ou animais.

Combustíveis líquidos são mais facilmente armazenados e transportados do que os sólidos. Além disso, possuem poder calorífico maior do que os sólidos.

Utiliza-se o óleo diesel na geração de emergência e na geração de ponta enquanto a utilização do óleo combustível ocorre na geração flexível.

Por sua vez, utiliza-se o óleo cru apenas em aplicações especiais, como oleodutos localizados em regiões remotas sem disponibilidade de outros recursos energéticos.

Finalmente, o biodiesel surgiu recentemente, mas sua utilização na geração de energia elétrica ainda requer incentivos para se tornar economicamente viável.

Diesel

O diesel é um composto de hidrocarbonetos saturados (parafínicos e naftênicos) e aromáticos. A composição relativa depende do processo de fabricação e da qualidade do petróleo bruto utilizado.

Além do poder calorífico, comum a todos os combustíveis, as seguintes propriedades são importantes na utilização deste produto:

• • Número de Cetano;
  • Densidade;
  • Viscosidade;
  • Propriedades em baixa temperatura;
  • Conteúdo de enxofre;
  • Conteúdo Aromáticos;
  • Volatilidade;
  • Ponto de fulgor.

As características normalizadas pela ANP do diesel a ser utilizado no país se encontram na Tabela.

Número de Cetano

O número de Cetano -NC mede a qualidade da ignição do diesel, assim como o número de Metano e de Octano medem, respectivamente, essa qualidade do gás natural e da gasolina.

Quanto maior o número de Cetano menor será o atraso da ignição do combustível por compressão e, assim como nos outros casos, este número depende da composição química do combustível.

O valor máximo de 100 do número de Cetano corresponde ao Cetano (n-hexadecano) e o valor mínimo de 0 corresponde ao 1Metilnaftaleno – 1MN.

O número de Cetano corresponde à percentagem de Cetano misturada com o 1MN que produz as mesmas características de ignição do diesel real.

Por razões práticas, o 1MN foi substituído por outro elemento, o heptametilnonane – HM, ao qual foi atribuído o valor de 15.

Desta forma, define-se o número de Cetano da seguinte maneira:

Temperatura de Autoignição

Define-se a temperatura de autoignição como sendo a temperatura mais baixa em que ocorre a autoignição sem a presença de centelha ou chama.

A autoignição ocorre quando o oxigênio do ar em elevadas temperaturas começa a interagir com os hidrocarbonetos e provocar uma oxidação exotérmica.

A Tabela em anexo apresenta o número de Cetano e a temperatura de ignição para diversas substâncias.

Observa-se que o Cetano apresenta a menor temperatura de autoignição e o menor atraso de ignição. Em função disso, ele é o mais indicado para operar em motores diesel.

Por outro lado, o 1MN possui elevada temperatura de ignição e elevado atraso de ignição.

Portanto, o número de Cetano indica a adequalibilidade do combustível para motores diesel.

Valores baixos de Número de Cetano acarretam elevado atraso de ignição, que provoca uma grande explosão simultânea nos cilindros, elevada variação de pressão e detonação.

Número de Cetano elevado acarreta explosão parcial e prematura, que reduz a potência da máquina e aumenta as emissões.

Contudo, como é difícil obter diesel com elevado Número de Cetano, as normas estabelecem apenas valores mínimos.

Número de Cetano deve ser superior a 50.

Valores abaixo de 40 são inaceitáveis e entre 45 e 50 são indesejáveis.

A norma ANP brasileira estabelece o valor mínimo de 42 e 46 para este número.

Isto comprova que os combustíveis brasileiros apresentam qualidade inferior à qualidade internacional.

Índice de Cetano

O índice de Cetano é um valor calculado baseado da densidade e volatilidade.

 

Este índice é uma boa aproximação do número de Cetano, que é de mais difícil medição.

Onde:

• T10, T50 e T90 são as temperaturas de recuperação, em graus centígrados, para 10%, 50% e 90% de acordo com a curva de destilação, corrigida para a pressão atmosférica padrão.

A constante B é dada por:

Onde:

• D é a densidade em kg/l @ 15°C

Densidade

A densidade é definida como sendo a massa por unidade de volume à determinada temperatura.

Este parâmetro é muito importante porque, como a medição de volume é mais simples do que a medição de massa, a maioria dos sistemas e a comercialização utilizam o volume e não a massa.

Estabelece-se limites para a densidade máxima do diesel para evitar a formação de fumaça na combustão e facilitar a separação do diesel da água.

A norma Brasileira limita a densidade a 880 kg/m3 @ 20°C, superior ao limite internacional de 880 kg/m3 @ 15°C.

O Instituto Americano de Petróleo utiliza uma unidade especial denominada de grau API, que é definida por:

Esta unidade é inversamente proporcional à densidade, sendo o grau API da água é igual a 10° e o do diesel entre 33° e 45°.

Por isso, ela é útil para a medição da densidade de líquidos mais leves do que a água.

A Tabela abaixo apresenta a densidade do diesel obtido por distintos processos. Observa-se que o uso do craqueamento aumenta a densidade do produto.

Viscosidade

A viscosidade é uma medida da força de atrito do fluido em movimento.

Quanto maior a viscosidade maior a resistência ao fluxo.

A unidade de viscosidade é o poise, definida como sendo a força necessária para mover um fluido a uma velocidade de 1 cm/s através de 1 cm2.

A viscosidade cinemática é definida como sendo a viscosidade dividida pela densidade, tem como unidade o Stoke(St) e dimensão de cm2/s. Normalmente utiliza-se o submúltiplo centstoke(cSt), que no sistema SI é expresso em mm2/s.

A viscosidade do diesel internacionalmente encontra-se entre 2 e 4 mm2/s @ 40°C enquanto no Brasil a ANP estabelece a faixa entre 2 e 5 mm2/s @ 40°C.

O excesso de viscosidade é prejudicial porque reduz a potência do motor. Por outro lado, viscosidades muito baixas reduzem a lubrificação do sistema e produzem vazamentos.

Ponto de Fulgor

Ponto de Fulgor é a menor temperatura que o combustível deve ser aquecido para vaporizar o combustível e manter a combustão iniciada for uma fonte externa.