monografia de pg engenharia petroleo almir cezar
TRANSCRIPT
ALMIR CEZAR DE CARVALHO BAPTISTA
O derivado mais importante
do Petróleo: o Óleo Diesel uma análise multidimensional
Rio de Janeiro
Março de 2009
Monografia de Conclusão de Curso de Pós-Graduação em
Engenharia de Reservatórios Petróleo e Gás, como parte dos
requisitos para obtenção do título de Especialista
2
Agradecimentos
A Marcia Lucia minha esposa e aos meus filhos Almir Cezar filho e Carla Gracinda por
entenderem as minhas ausências na busca de maiores conhecimentos na área de engenharia de
Petróleo.
3
Dedicado
A minha mãe Aldirene de Carvalho que sempre foi a pessoa mais generosa que conheci.
4
Sumário Agradecimentos ....................................................................................................................................... 2
Dedicado .................................................................................................................................................. 3
Resumo ..................................................................................................................................................... 6
Introdução ................................................................................................................................................ 7
Objetivos .............................................................................................................................................. 8
Objetivos Específicos ........................................................................................................................ 8
Estado da Arte ...................................................................................................................................... 9
Metodologia ......................................................................................................................................... 9
Rudolf Diesel e o motor diesel ............................................................................................................... 10
A indústria do petróleo e os automóveis ........................................................................................... 11
Rudolf Christian Karl Diesel ................................................................................................................ 13
A difusão dos motores diesel ............................................................................................................. 18
O motor diesel ........................................................................................................................................ 21
O motor a Diesel ................................................................................................................................. 21
Sistema atual ...................................................................................................................................... 22
Antecedentes do motor diesel ........................................................................................................... 24
Motor a Compressão - Diesel ............................................................................................................. 24
O Óleo diesel .......................................................................................................................................... 30
O óleo Diesel ...................................................................................................................................... 30
Hidrocarbonetos ................................................................................................................................ 30
Primeiros óleos combustíveis do motor compressão ........................................................................ 33
Propriedades físico-químicas do óleo de Amendoim .................................................................... 34
Norma do Diesel ................................................................................................................................. 35
Rendimentos obtidos para os catalisadores CH3CH2O-Na+ e H2SO4 em diferentes tempos de reação
............................................................................................................................................................ 35
Óleo Diesel ......................................................................................................................................... 35
Propriedades do Diesel ...................................................................................................................... 36
Tipos de Óleo Diesel ........................................................................................................................... 42
A resolução 315 - Diesel 50ppm de 2009 ........................................................................................... 43
Entre a sua produção seu consumo e o meio ambiente. ................................................................... 44
Permitir boa partida; ............................................................................................................................... 45
5
Proporcionar um aquecimento uniforme e uma aceleração suave; ........................................................ 45
Proporcionar uma operação suave sem problemas de “detonação”; ...................................................... 45
Minimizar a fumaça; .............................................................................................................................. 45
Conservar limpos os injetores, câmara de combustão e a área de exaustão; .......................................... 45
Minimizar a corrosão e o desgaste; ........................................................................................................ 45
Evitar excessiva diluição do óleo lubrificante; ....................................................................................... 45
Proporcionar uma longa vida aos filtros; ............................................................................................... 45
Dar a máxima quilometragem por litro. ................................................................................................. 45
Processo e Produção .............................................................................................................................. 52
Processos de Refino ........................................................................................................................... 52
Destilação atmosférica e destilação a vácuo ................................................................................. 52
Craqueamento................................................................................................................................ 53
Polimerização ................................................................................................................................. 53
Alquilação ....................................................................................................................................... 54
Dessulfurização .............................................................................................................................. 54
Dessalinização e Desidratação ....................................................................................................... 54
Hidrogenização ............................................................................................................................... 55
Esquema de refinaria com foco na produção de óleo diesel ............................................................. 55
Abastecimento ................................................................................................................................... 58
Exploração e Produção: ...................................................................................................................... 59
Gás & Energia ..................................................................................................................................... 60
Transporte e Refino: ........................................................................................................................... 63
Conclusões ............................................................................................................................................. 64
Bibliografia ............................................................................................................................................. 66
6
Resumo
O presente trabalho pretende desenvolver uma análise sobe o derivado do
hidrocarboneto chamado Diesel, correlacionando diante da historia através dos seus
percussores e das necessidades para o seu surgimento na cadeia industrial. Avaliando as suas
características químicas, de processamento e ao longo do tempo da sua relação com a
sociedade produtiva, identificando o óleo diesel como o derivado do petróleo mais importante
do ponto de vista estratégico.
7
Introdução
Óleo Diesel combustível derivado do petróleo, constituído basicamente por
hidrocarbonetos, o óleo diesel é um composto formados principalmente por átomos de
carbono, hidrogênio e em baixas concentrações por enxofre, nitrogênio e oxigênio e
selecionados de acordo com as características de ignição e de escoamento adequadas ao
funcionamento dos motores diesel.
É um produto inflamável, medianamente tóxico, volátil, límpido, isento de material em
suspensão e com odor forte e característico.
O óleo diesel é utilizado em motores de combustão interna e ignição por compressão
(motores do ciclo diesel) empregados nas mais diversas aplicações, tais como: automóveis,
furgões, ônibus, caminhões, pequenas embarcações marítimas, máquinas de grande porte,
locomotivas, navios e aplicações estacionárias (geradores elétricos, por exemplo). Em função
dos tipos de aplicações, o óleo diesel apresenta características e cuidados diferenciados.
A partir do refino do petróleo obtém-se, pelo processo inicial de destilação atmosférica,
entre outras as frações denominadas de óleo diesel leve e pesadas, básicas para a produção de
óleo diesel. A elas podem ser agregadas outras frações como a nafta, o querosene e o gasóleo
leve de vácuo resultando no produto conhecido como óleo diesel. A incorporação destas
frações e de outras obtidas por outros processos de refinação, dependerá da demanda global de
derivados de petróleo pelo mercado consumidor.
O atual modelo energético brasileiro é apoiado entre outros pontos, no transporte de
cargas em motores diesel, por via rodoviária, em detrimento do transporte ferroviário, fluvial
ou cabotagem. Isso faz com que o óleo diesel seja o derivado propulsor do refino em nosso
país, correspondendo a 34% volume do barril de petróleo. Na maioria dos outros países do
mundo, esta demanda situa-se entre 15 e 25% volume do barril de petróleo, sendo a gasolina o
8
produto que comanda o refino, situação mais fácil de atender em função das características dos
petróleos e dos esquemas de refino disponíveis mundialmente.
De forma a garantir a qualidade de seus produtos, bem como desenvolver melhorias, as
distribuidoras tem continuamente adequado o seu parque de refino destacando-se a
implantação das unidades de hidrotratamento de diesel, processo que permite aumentar a
produção de diesel a partir do refino de diferentes tipos de petróleo, reduzindo o seu teor de
enxofre.
Objetivos
O objetivo deste trabalho consiste em descrever e explicitar historicamente a trajetória,
as características e as importâncias físicas químicas, mecânicas e comerciais do derivado mais
importante da cadeia dos hidrocarbonetos – Óleo Diesel.
Abordar questões pormenores não apenas nas questões do óleo diesel como um produto
de um desdobramento químico do petróleo, mas também as razões que o fizeram surgir no
mercado industrial de combustíveis, as razões pormenores das características mecânicas e das
suas condições como combustível, apoiado em historicamente nos fundamentos da geração de
energia bem como sua base como combustível no motor de compressão-diesel.
Objetivos Específicos
- Descrever historicamente a trajetória do diesel.
- Descriminar as características físicas química do hidrocarboneto – diesel.
- Demonstrar objetivamente os sistemas e modelos empregados no processo do diesel.
9
Estado da Arte
A literatura de engenharia ou economia que trata especificamente sobre o óleo diesel é
escassa. As poucas obras encontradas pela pesquisa seguem abaixo:
Raquel Gehling - Alternativas à matriz energética brasileira: o caso do biodiesel
Davidson Willans da Silva Alves - Novas formulações de lubrificantes a partir de óleos
básicos regionais
Vanessa Corlassoli Corrêa - Destilação reativa - análise de Sensibilidade paramétrica em
colunas De petróleo cru.
Metodologia
Consiste em uma análise histórica, química, econômica e industrial do óleo diesel.
Na realização deste projeto, pretende-se:
Analisar as condições percussionistas do óleo diesel no tempo através de sua história
entre a sua necessidade e seu desenvolvimento como produto.
Definir as características do diesel: Definição das formulações do óleo, dos cortes em
suas produções e de toda engrenagens de destilação, utilizando óleos básicos naftênicos e a
realização de estudos de suas propriedades, visando à comparação com formulações
comerciais.
Verificando as suas especificações: Determinação das propriedades das emulsões,
visando obter a especificação do óleo diesel e sua formulação, bem como, através de
resultados da análise para obtenção das informações sobre a influência de certos aditivos na
sua formulação, visando uma modelagem seja matemática, seja termodinâmica.
10
Rudolf Diesel e o motor diesel
O primeiro modelo do motor diesel funcionou de forma eficiente em 10 de agosto de
1893. Foi criado por Rudolf Diesel, em Augsburg, Alemanha, e por isso recebeu este nome. O
combustível então utilizado era o óleo de amendoim, um tipo de bicombustível obtido pelo
processo de transesterificação.
Tanto um teorista social quanto um engenheiro, Diesel criou seu motor para usar de pó
de carvão até óleo vegetal a fim de que fosse mais conveniente e barato para pequenos
negócios. Mas foi apenas depois de sua morte que os motores se tornaram primariamente
movidos a óleo, devido ao crescente poder econômico e político da indústria petrolífera.
O motor a diesel ou motor de ignição por compressão é um motor de combustão interna
inventada pelo engenheiro alemão Rudolf Diesel (1858-1913), em que a inflamação do
combustível se faz pelo aumento na temperatura provocado pela compressão da mistura
inflamável. As principais diferenças entre o motor a gasolina e o motor diesel são as seguintes:
enquanto o motor a gasolina funciona com a taxa de compressão que varia de 8:1 a 12:1, no
motor diesel, a taxa de compressão é alta, e varia de 14:1 a 25:1.
Enquanto o motor a gasolina aspira a mistura ar combustível para a câmara de
combustão e queima a partir de uma chispa elétrica no momento de máxima compressão, o
motor diesel ao contrário, injeta-se o óleo (combustível) diretamente no momento de máxima
compressão e a alta taxa de oxigênio faz com que o óleo se inflame, sem a necessidade da
ignição elétrica. O Engenheiro Rudolf Diesel chegou a esse método quando aperfeiçoava
máquinas a vapor.
Sua invenção não foi a descoberta ou desenvolvimento de um combustível mas de a
descoberta de um padrão de motores. Sua crença inclusive era de que seu motor poderia ter
como combustível os óleos vegetais já utilizados na época. Em 1912, Rudolf Diesel fez a
seguinte afirmação: “O motor a diesel pode ser alimentado por óleos vegetais, e ajudará no
desenvolvimento agrário dos países que vierem a utilizá-lo... O uso de óleos vegetais como
11
combustível pode parecer insignificante hoje em dia. Mas com o tempo irão se tornar tão
importante quanto o petróleo e o carvão são atualmente.”
A indústria do petróleo e os automóveis
Paralelamente a Diesel, surge inicialmente nos EUA a indústria do petróleo, iniciada em
1859, quando foi perfurado o primeiro poço de petróleo na Pensilvânia, descoberto pelo coronel
Edwin L. Drake. A módica extração de 19 barris ao dia, motivando desta formas inúmeras outras
iniciativas.
Em 1854 George Bissel encomenda pesquisa sobre o óleo a Benjamin Silliman (Yale).
Instalações de pequenas destilarias para refino do óleo e obtenção do Querosene. Resíduo do
12
óleo usado como lubrificante de máquinas a vapor ou era queimado. Produção no Oeste da
Pensilvânia.
Em 1861 acontece a Guerra Civil Americana (Secessão). John Davison Rockefeller, com
mais dois sócios constroem, em 1863, uma destilaria em Cleveland (Ohio). Em 1860 o querosene
americano chega à Europa.
Por sua vez, paralelo ao desenvolvimento da indústria do petróleo, desenvolve a indústria
de motores e automóveis. O mais antigo veículo a motor, o Cugnot a vapor, foi construído em
1770. Carros a vapor mais práticos, como o Bordino, já existiam no início do século XIX, mas
eram pesados e desajeitados. Leis restritivas e o aparecimento dos trens, mais rápidos e capazes
de transportar mais passageiros, ocasionaram o declínio dos "carros" a vapor. Foi só em 1860 que
a primeira unidade motriz prática para veículos foi desenvolvida, com a invenção do motor de
combustão interna pelo belga Etienne Lenoir. Por volta de 1890, Karl Benz e Gottlieb Daimler,
na Alemanha, e Albert de Dion e Armand Peugeot, na França, fabricavam automóveis para venda
ao público. Esses primeiros carros produzidos em número limitado iniciaram a idade do
automóvel.
1886 1º Veículo Benz - Tinha motor 4 tempos (conceito de Otto), com 1 cilindro, 958cm3.
Tinha também ignição elétrica, o diferencial que era refrigerada a água. A patente deste veículo
foi concedida em 1886.
13
Lanchester 1897: primeiro carro inglês
O primeiro veículo motorizado a ser produzido com propósito comercial foi um carro com
apenas três rodas. Este foi produzido, em 1885, pelo alemão Karl Benz e possuía um motor
a gasolina. Depois foram surgindo outros modelos, vários deles com motores de dois tempos,
inventado, no ano de 1884, por Gottlieb Daimbler.
Alguns anos depois, o motor a diesel foi apresentado oficialmente na Feira Mundial de
Paris, França, em 1898.
Os primeiros motores tipo diesel eram de injeção indireta. Tais motores eram alimentados
por petróleo filtrado, óleos vegetais e até mesmo por óleos de peixe.
Um dos primeiros usos do óleo vegetal transesterificado foi o abastecimento de veículos
pesados na África do Sul, antes da Segunda Guerra Mundial. O processo chamou a atenção de
pesquisadores norte-americanos durante a década de 1940, quando buscavam uma maneira mais
rápida de produzir glicerina para alimentar, bombas, no período de guerra.
Rudolf Christian Karl Diesel
A invenção dos motores que levam seu nome notabilizou Rudolf Diesel, que além de
notável teórico da mecânica foi homem de ampla cultura, conhecedor de arte e pesquisador de
questões lingüísticas e das teorias sociais da época.
Rudolf Christian Karl Diesel nasceu em Paris, filho de imigrantes vindos da antiga Bavária,
de uma família alemã, em março de 1858. E lá viveu até 1870, ano em que foi deportado para o
Reino Unido devido à eclosão da Guerra Franco-Prussiana. Seu pai, Theodor, era de Augsburg
14
(Alemanha). Ele tinha uma indústria de produtos de couro, em uma loja abaixo do apartamento
da família, em Paris. Durante a Guerra Franco-Prussiana, que começou quando Diesel tinha 11
anos, muitas famílias alemãs foram expulsas da França, incluindo a família Diesel. Mudou-se
para Londres. Rudolf ficou impressionado com o recém-aberto Museu de Ciências, no sul de
Kensington, e passava muitas horas passeando em seus corredores. Isso alimentava sua paixão
por engenharia.
De Londres, Diesel viajou para Augsburgo, onde prosseguiu os estudos, completados na
Universidade Técnica de Munique. Ali se revelaria notável pesquisador.
Mais tarde, ele se mudou para Augsburg e ficaram com os primos de seu pai - seus pais,
com dificuldades financeiras, se mudaram de volta para Paris quando a guerra acabou - e
completou sua educação na Alemanha. Quando Diesel saiu da escola de elite Technische
Hochschule, em Munique, ele se formou com os melhores resultados na história da instituição até
hoje.
Ele trabalhou por um período na Sulzer Machine Works, na Suíça - que posteriormente
licenciou os motores a diesel - antes de se juntar à subsidiária parisiense da gigante alemã Linde.
Como todos os bons engenheiros mecânicos, a obsessão de Diesel era por aumentar eficiência.
Ele ficava horrorizado com a pouca eficácia térmica dos motores a vapor, que moviam tanto as
grandes indústrias, como o transporte marítimo e o férreo, e estava determinado a inventar um
motor melhor.
Iniciou suas atividades profissionais como colaborador do técnico em refrigeração Carl
Von Linde (1842-1934) e a partir de estudos de Termodinâmica desenvolvidos por Linde e a
pedido deste, construiu diversas máquinas motrizes. Dedicando-se ao desenvolvimento de um
motor de combustão interna que se aproximasse ao máximo do rendimento teórico proposto pelo
físico francês Sadi Carnot1.
1 Nicolas Léonard Sadi Carnot, nasceu em Paris, no dia 1 de junho de 1796, e foi educado nas École
Polytechnique (Paris) e École Genie (Metz). Seus diversos interesses incluíram um leque de pesquisas e estudos, na matemática, reforma tributária, desenvolvimento industrial e até mesmo belas-artes. No ano de 1824 publica sua obra (única em sua vida): "Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu et sur les Machines Propres a Développer Cette Puissance" ( Reflexões sobre Potência Motriz do Fogo e máquinas
15
O físico francês iniciou sua investigação sobre as propriedades dos gases, em especial a
relação entre pressão e temperatura, em 1831. Em 1832, o mesmo morre subitamente de cólera,
no dia 24 de agosto. Apesar de quase todas suas coisas terem sido incineradas – como era de
costume da época – parte de suas anotações escaparam à destruição. Essas anotações mostram
que Sadi Carnot havia chegado à idéia de que, essencialmente, calor era trabalho, cuja forma fora
alterada. Por essa, Nicolas Leonard é, por excelência, considerado o fundador da Termodinâmica
– ciência que afirma ser impossível a energia desaparecer, mas apenas a possibilidade da energia
se alterar de uma forma para outra.
A possibilidade de interconversão entre calor e trabalho possui restrições para as chamadas
máquinas térmicas. O Segundo Princípio da Termodinâmica, elaborado em 1824 por Sadi Carnot,
é enunciado da seguinte forma:
"Para haver conversão contínua de calor em trabalho, um sistema deve realizar ciclos entre
fontes quentes e frias, continuamente. Em cada ciclo, é retirada uma certa quantidade de calor da
fonte quente (energia útil), que é parcialmente convertida em trabalho, sendo o restante rejeitado
para a fonte fria (energia dissipada)" desenvolveu a idéia que mais tarde resultaria no motor
diesel (1890).
Com o patenteamento da invenção (1892), publicou uma descrição teórica e prática de seu
mecanismo no livro Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors (1893), expondo
suas idéias e propondo a construção de um motor para funcionamento de acordo com seu ciclo
térmico, a partir do motor de combustão interna inventado por Nikolaus Otto e usando a mistura
ar-combustível, barateando os custos de operação.
Diesel dedicou-se ao desenvolvimento de um motor de combustão interna que se
aproximasse ao máximo do rendimento teórico proposto pelo físico francês Sadi Carnot. Em
1890 concebeu a idéia que mais tarde resultaria no motor diesel, cuja patente obteve em 1892. No
ano seguinte publicou uma descrição teórica e prática de seu mecanismo no livro Theorie und
Konstruktion eines rationellen Wärmemotors (Teoria e construção de um motor térmico
próprias para aumentar essa Potência) – o qual faz revisão das importâncias industrial, política e econômica da máquina a vapor.
16
racional). O motor teve êxito imediato, sendo largamente utilizado em navios, veículos
automotores e dirigíveis.
Em 1892 Rudolf Diesel publicou um relato de seu novo motor, que recebeu patentes na
Alemanha e nos Estados Unidos. Diesel então voltou para Augsburg, onde trabalhou com a
empresa Augsburg Maschinefabrik para construir um protótipo funcional. Os testes neste novo
motor, que tinha um único cilindro de 10 pés, começaram em 1893.
Carvão em pó era usado como combustível e a ignição não era provinda de uma faísca -
como no motor Otto de Benz. Aquele primeiro motor a diesel funcionava, em 1893, com o dobro
de eficiência termal que um motor a vapor e aproximadamente 20% mais que o Otto, a gasolina.
Mas não funcionou por muito tempo.
A alta compressão para ignição, junto com as elevadas temperaturas no cilindro, provocou
uma explosão, que por pouco não matou seu inventor. Outro estava pronto para ser testado em
1897. Era resfriado a água, usava querosene e produzia 18 cv. Empresas ao redor do mundo
compravam licenças do novo motor. Até seu 40º aniversário, Diesel era um homem rico. Aí ele
se mudou para Munique.
O motor Diesel transformou-se em uma máquina motriz rentável tanto do ponto de vista do
preço do combustível por litro, como no rendimento. Sucesso na Europa, Diesel migrou para os
Estados Unidos, e instalou o primeiro motor diesel comercial em St. Louis (1898), nos EUA.
Porém no outro lado do Atlântico seu desenvolvimento para atender caminhões e locomotivas foi
insignificante até que expiraram suas patentes originais (1913).
17
Boicotado, decepcionado e arruinado voltou para a Europa e morreu afogado ao cair ao mar
durante uma travessia do canal da Mancha, de Antuérpia para Londres, para alguns, puro
suicídio. Além de notável teórico da mecânica foi homem de ampla cultura, foi conhecedor de
arte e pesquisador de questões lingüísticas e das teorias sociais da época
Sua esposa Martha o viu pela última vez em Frankfurt, onde eles visitaram a filha e os
netos. Então ele pegou um trem para a Bélgica. No dia seguinte, Diesel subiu a bordo do SS
Dresden em Antwerp com um diretor de sua General Diesel Corporation, George Carels, e o
engenheiro chefe de sua companhia. Foram para suas cabines quando o barco passava por
Flushing, na costa holandesa. Onze dias depois, o piloto do navio Coertson percebeu um corpo
flutuando na boca do Rio Scheld, perto de Flushing.
Rumores dizem que o Dr. Diesel também tinha uma reunião com os militares para discutir
o possível uso de seus motores em submarinos. Os alemães haviam começado a usar motores a
diesel em seus U-boats um ano antes. Diesel - ou diesel-elétrico - logo se tornou a forma padrão
de propulsão submarina.
18
Então, a teoria do assassinato é assim: durante a travessia do Mar do Norte, o Dr. Rudolf
Christian Karl Diesel - de 55 anos, e um dos maiores engenheiros mecânicos da época - foi
empurrado por um espião alemão ávido por manter o segredo do motor de ignição por
compressão longe dos militares ingleses.
Quando o SS Dresden chegou a Harwich em 30 de setembro, a cabine de Diesel estava
vazia. Seu corpo foi encontrado boiando no mar quase duas semanas depois.
Quanto a sua morte: a um espião alemão também subiu a bordo do SS Dresden em sua ida
a Harwich em 29 de setembro de 1913. Sabemos que o Dr. Rudolf Diesel iria para Ipswich para a
abertura de uma nova fábrica (que iria construir seu motor), e também para Londres, para a
reunião anual dos Consolidated Diesel Engine Manufacturers.
Talvez ele tenha caído, passeando pelo convés após um jantar com dois diretores de sua
companhia no dia 29. Ou talvez tenha sido suicídio. Apesar de ter sido largamente aplaudido,
Diesel havia sofrido várias crises nervosas. Sua empresa - fundada em 1898 - também estava em
apuros financeiros. Quem sabe Diesel desesperado por causa de suas dívidas, se jogou no mar
logo após o barco ter saído do porto. Bom, essa é a teoria do suicídio.
A difusão dos motores diesel
O motor Diesel transformou-se em uma máquina motriz rentável tanto do ponto de vista do
preço do combustível por litro, como no rendimento. Sucesso na Europa, Diesel migrou para os
Estados Unidos, e instalou o primeiro motor diesel comercial em St. Louis (1898), nos EUA.
Porém no outro lado do Atlântico seu desenvolvimento para atender caminhões e locomotivas foi
insignificante até que expiraram suas patentes originais (1913).
O sucesso de Diesel em vender seu motor na América foi moderado: a terra da abundância
tinha pouco interesse num motor cuja maior vantagem era economizar combustível. Na Europa,
encontrou diversos usos em bombas para oleodutos, minas, campos de petróleo e fábricas. Logo
19
na virada do século tornou-se popular em navios e tomou o lugar do vapor nos trens.
A popularidade do motor cresceu. Hugo Junkers construiu um avião a diesel em 1913, o
primeiro trem a diesel começou a ser usado na Alemanha em 1914, um diesel turbo foi
desenvolvido em 1915 e, até 1927, a maior parte da frota mundial de caminhões era movida a
diesel. Em 1931, Clessie Cummins promoveu seus caminhões a diesel Cummins ao colocar o
motor em um carro de corrida e chegar em 12º lugar em Indianápolis 500.
O primeiro carro de produção bem-sucedido foi a Mercedes 260D, lançado no salão de
Berlim, em 1936. Como com os outros carros a diesel hoje, sua maior atração era o baixo
consumo de combustível. A performance do 260D era razoável (45 cv), a durabilidade era boa e
confiável e tinha baixos custos: o óleo na Alemanha da década de 1930 custava menos da metade
do preço da gasolina. O 260D foi um sucesso instantâneo com motoristas de táxi, iniciando um
romance entre taxistas alemães e sedãs da Mercedes que dura até hoje. Isso foi, é claro, bem
depois da morte do Dr. Diesel, em 1913.
Pelo menos ele viveu o suficiente para ver seu motor atingir sucesso na indústria. No
entanto, sua dominância em caminhões e trens ainda estava longe, assim como o seu sucesso
no mundo do automobilismo. Demoraria mais uns 60 anos para ser difundido.
Foi preciso a crise de petróleo em 1973 - quando, durante a Guerra de Yom Kipur,
nações árabes se recusaram a abastecer as nações aliadas a Israel com gasolina - para acender
o interesse em carros a diesel. Até então, o petróleo barato assegurava a vantagem da gasolina
sobre o diesel.
No entanto, por uns dez anos, começando em meados da década de 1970, as vendas de
motores diesel nos Estados Unidos aumentaram consideravelmente. Chegaram a seu pico em
1981, quando dez por cento de todos os carros da GM, por exemplo, eram movidos a diesel.
Quando os bons tempos voltaram, alguns anos depois, e os preços do barril de petróleo caíram,
as vendas de diesel no país de Tio Sam praticamente pararam.
A gasolina voltou a reinar, mas significativa foi a redução de dependência sobre petróleo
estrangeiro, por parte do governo francês, que encorajou o desenvolvimento de carros a diesel
20
de nova geração. Talvez soubessem que o Dr. Diesel havia nascido em Paris e freqüentemente
se considerava francês.
O óleo diesel tinha impostos mais baixos que a gasolina (ainda tem), encorajando os
locais a comprarem carros franceses a diesel. Essa atitude não só reduziu a dependência da
França sobre o óleo estrangeiro, mas também deu uma força para a indústria de carros.
A maestria sobre motores a diesel assegurou que os carros franceses tivessem uma
vantagem competitiva sobre a Alemanha e a Itália (ainda mais sobre América e Japão), que
continuou até recentemente. Eliminaram do mercado os japoneses, que não tinham experiência
alguma com diesel.
O diesel continua a crescer na Europa. Mais da metade de todos os carros vendidos no
continente são movidos a diesel. Na Inglaterra, são 40% e crescendo; na França, 70%. Suas
vendas continuarão a crescer, impulsionadas por novas preocupações - desconhecidas ao pobre
Dr. Diesel - de emissões de gás carbônico. Um benefício coincidente do consumo reduzido do
motor a diesel é a redução das emissões. Um motor a diesel moderno é praticamente o motor
mais "verde" que existe. Especialmente quando movido a biodiesel.
O legado menos publicado e difundido do Dr. Diesel é que ele foi um pioneiro de
combustíveis alternativos. Ele desenhou seu motor para funcionar com praticamente qualquer
combustível de biomassa. Um protótipo de motor a diesel que ganhou o grande prêmio na
Expo Paris de1900 era movido a óleo de amendoim. No Brasil, essa tecnologia está sendo
estabelecida agora e com grande estardalhaço, como se fosse invenção nossa.
21
O motor diesel
O motor a Diesel
Motor a combustão de pistões funciona sob os efeitos de uma reação química, uma
explosão controlada, conseguida quando o oxigênio puro e óleo misturando-se. Para conseguir
a reação química desejada no momento da ignição, foi preciso uma infinidade de outros
inventos como bomba injetora, bicos Dosadores, bicos injetores e pulverizadores, engrenagens
sincronizadas e outros acessórios para que o sincronismo requerido atuasse na passagem do
pistão no ponto de máxima compressão.
Rudolf Diesel registrou a patente de seu motor-reator em 23 de Fevereiro de 1897. Em
sua homenagem foi dado ao produto oleoso mais abundante obtido na primeira fase da
refinação do petróleo o nome de “diesel”.
Tendo como fonte de combustível qualquer tipo de óleo, (graxa, banha ou (Gordura
animal, margarinas e óleos vegetais) o motor a reator óleo-oxigénio, Dada sua simplicidade e a
enorme aplicação, rapidamente penetrou nos lugares mais longínquos do planeta,
revolucionando o mundo industrial e substituindo os complexos sistemas mecânicos a vapor
que até então movimentavam as locomotivas e os transportes marítimos por unidades
geradoras diesel-elétrica.
O ciclo real de um motor Diesel segue com uma razoável aproximação o ciclo teórico
composto pelas evoluções:
1. Compressão isentrópica
2. Parte de introdução de calor a volume constante (isócora) e Parte de introdução de
calor a pressão constante (isobárica)
3. Expansão isentrópica
22
4. Rejeição de calor a volume constante (isócora) - Este ciclo, tal como descrito, chama-
se Ciclo Misto. Quando a totalidade da energia é introduzida a pressão constante o ciclo
chama-se Ciclo Diesel.
O ciclo inicia-se com o êmbolo no Ponto Morto Superior (PMS). A válvula de admissão
está aberta e o êmbolo ao descer aspira o ar para dentro do cilindro. O êmbolo atinge o Ponto
Morto Inferior (PMI) e inicia-se então a compressão.
A temperatura do ar dentro do cilindro aumenta substancialmente, o que é fundamental
para a ignição no motor Diesel.
Pouco antes do PMS o combustível começa a ser injetados em finas gotículas com o
propósito de se vaporizar facilmente e, em mistura com o ar quente, acaba por se auto-
inflamar. A combustão é controlada pela taxa de injeção de combustível. O combustível
começa a ser injetados um pouco antes do PMS devido ao fato de demorar tempo a vaporizar-
se e a misturar-se com o ar (atraso físico) e de demorar um determinado tempo até se auto-
inflamar (atraso químico). Estes atrasos são designados globalmente por atraso à inflamação.
A diferença entre o ângulo de cambota do PMS e do início de injeção chama-se avanço à
injeção. A expansão começa ainda durante a fase de combustão. Ainda durante o tempo de
expansão, abrem-se as válvulas de escape. O ciclo termina com a fase de escape, onde os
gases de combustão são expulsos do cilindro.
Sistema atual
Injetora-bomba é um sistema de injeção de alta pressão diesel utilizado inicialmente em
veículos de pesados e todo terreno do grupo Rover e posteriormente nos veículos ligeiros
Volkswagen TDI, sendo o seu desenvolvimento a cargo do grupo Bosch.
Consiste num tipo de injetor que devido ao seu desenho consegue criar uma alta pressão
(+2000 bar não sendo constante) à altura da injeção do combustível, ou seja, cada injetor
desempenha o papel da bomba injetora.
23
Vantagens: Um comportamento mais desportivo para o motor diesel, arranque
instantâneo, muito baixo consumo, mesmo comparado com o common-rail - CRDI ou
"Common Rail Direct Injection" é uma sigla utilizada para denominação de um novíssimo e
sofisticado sistema de injeção direta de combustível diesel sob alta-pressão em motores de
combustão interna.
Desvantagens: Maior ruído de funcionamento, mais poluente que os common-rail.
Difícil adaptação em motores de cabeça de 16 v devido ao seu enorme tamanho
Common-rail sistema de injeção diesel de alta pressão inventado pela Fiat Engeneering e
posteriormente cedido para desenvolvimento à Bosch. Estreou-se em 1997 no Alfa Romeo
156.
Consiste numa bomba de alta pressão que fornece a pressão através de uma rampa
comum a todos os injetores, o que permite fornecer uma pressão (de 1350 bar a 1600 bar)
constante de injeção, independentemente da rotação do motor, sendo o comando dos injetores
e feito por válvulas magnéticas presentes na cabeça dos mesmos. A sua vantagem é um menor
ruído de funcionamento, arranque a frio quase instantâneo, e uma clara melhoria de prestações
e diminuição da poluição e de consumo. Atualmente é o sistema usado em quase todos os
dieseis.
O combustível utilizado pelos motores diesel é o gasóleo, um hidrocarboneto obtido a
partir da destilação do petróleo a temperaturas de 250ºC e 350ºC. Recentemente, o diesel de
petróleo vem sendo substituído pelo biodiesel, que é uma fonte de energia renovável.
Onde se tem feito mais evolução neste tipo de motorização mais eficiente que o seu
congênere a gasolina é no campo da injeção direta, nomeadamente nas de alta pressão como o
bomba – injetora o que possibilita a obtenção de mais potência e ainda melhores consumos e
ruído de funcionamento.
O motor de combustão interna tem sua força proveniente da expansão provocada pela
queima do combustível em uma câmara interna do motor. O tipo de motor de combustão
interna mais conhecido, é o motor a pistão presente na maioria dos carros de passeio. Mas
24
outros tipos de motores podem ser considerados de combustão interna, como o motor a jacto,
o motor Wankel, e até os motores dos foguetes.
Num significado mais amplo o motor a combustão interna foi inventado na China com a
invenção dos fogos de artifício na dinastia Song. O inventor inglês Sir Samuel Morland usava
pólvora para acionar bombas de água no século XVII. Mais formalmente a teoria do motor de
2 tempos foi estabelecida por Sadi Carnot na França em 1824, enquanto a patente foi
conseguida pelo americano Samuel Morey em 1826.
Uma ilustração das diversas partes de um típico motor a quatro tempos As partes de um
motor a combustão variam dependendo do tipo do motor. Para um motor de quatro tempos, as
partes principais incluem o eixo de manivela, eixos excêntricos e válvulas de levantamento.
Antecedentes do motor diesel
Diesel também acreditava que o motor de quatro tempos de ciclo Otto (usado no
revolucionário Ben 1885 - o primeiro "carro" comercializado no mundo - e na maioria dos
carros de hoje - era ineficiente. Sua maior falha era misturar o combustível e o ar antes da
combustão. Diesel estava convencido que haveria maior eficiência se o combustível fosse
adicionado no momento exato da ignição.
Motor a Compressão - Diesel
25
Foto motor diesel no museu da Alemanha
Esquemático do primeiro motor diesel
Motores Diesel são máquinas térmicas de combustão interna alternativas, isto é,
possuem válvulas que abrem ou fecham, alterando as condições ao longo do ciclo. Exemplos
são os motores de ônibus e caminhões, motores para propulsão marítima, e motores de grupos-
geradores de emergência.
26
O motor de ciclo Diesel é composto por cilindros, dentro de cada qual se movimenta um
pistão. A combustão ocorre dentro da câmara formada pelo conjunto cilindro-pistão.
O pistão desloca-se dentro do cilindro, variando o volume interno da câmara, desde o
Ponto Morto Inferior (PMI) - quando o volume interno da câmara atinge seu valor máximo -
até o Ponto Morto Superior (PMS) - quando o volume interno da câmara atinge seu valor
mínimo.
Cada cilindro é dotado de uma válvula de admissão, por onde entra o ar necessário à
combustão; uma válvula de exaustão (ou escape), por onde saem os gases resultantes da
queima; e um bico injetor, por onde entra o combustível (óleo diesel), injetado sob pressão, e
pulverizado devido ao formato do bico.
A principal característica que diferencia o motor Diesel de outros, é a injeção do
combustível, sob pressão, no ponto morto superior. Para obter a pressão necessária para forçar
a entrada de combustível na câmara, o motor Diesel é equipado com uma bomba injetora, que
pressuriza o combustível num valor superior à pressão da câmara, e o distribui no tempo certo
para cada bico injetor.
Devido à alta pressão e temperatura da câmara, pela compressão do ar admitido no
primeiro tempo, o combustível queima à medida que penetra na câmara. A expansão dos gases
resultantes da queima movimenta o cilindro em direção ao ponto morto inferior, obtendo-se
uma expansão a pressão constante (isobárica), mantida pela pressão na linha da bomba
injetora.
O ciclo Diesel consiste de quatro etapas:
a) Aspiração: abre-se a válvula de admissão, aspirando ar (isobárica); ao chegar ao ponto
morto inferior, fecha-se a válvula de admissão;
b) Compressão: O pistão sobe até o ponto morto superior, pressurizando a câmara
(adiabática);
27
c) Expansão: o combustível é injetado sob pressão e pulverizado pelo bico injetor. A alta
pressão e temperatura da câmara provocam a combustão.
A pressão na câmara mantém-se constante por força da injeção pressurizada de
combustível. Impulsionado pela pressão, o pistão desce até o ponto morto inferior, expandindo
os gases queimados (adiabática).
d) Exaustão: abre-se a válvula de escape, e a pressão na câmara cai bruscamente
(isométrica); o pistão sobe, expulsando os gases queimados; ao chegar ao ponto morto
superior, a válvula de escape fecha, e inicia-se um novo ciclo.
O movimento linear do pistão é convertido em movimento rotacional, através do
dispositivo conhecido como “virabrequim” (em inglês, crank-haft).
O controle de rotação é obtido através da injeção de combustível enriquecendo-se a
mistura (mais combustível), aumenta-se a rotação, e vice-versa.
Um dos cuidados que se deve ter em relação ao motor Diesel é quanto à bomba injetora.
A linha deve estar isenta de ar, e o filtro de combustível livre de contaminantes que possam
restringir a pressão de injeção.
É interessante notar que a injeção dura apenas do início até metade da etapa de
expansão. Comparado com o motor Otto, o combustível queima lentamente, à medida que é
injetado, não ocorrendo explosão. Como resultado temos um motor com funcionamento mais
silencioso.
Não há problema de detonação, pois a câmara é pressurizada contendo apenas ar
atmosférico, podendo-se atingir taxas de compressão bastante altas (entre 16:1 e 20:1), o que
confere ao motor Diesel um rendimento mecânico excelente, normalmente entre 38% e 47%.
Mais adiante apresentaremos o gráfico P-V do ciclo Diesel. Se compararmos seu
rendimento com o ciclo Otto, veremos que, caso houvesse um combustível capaz de
alcançasse com o motor Otto a mesma taxa de compressão que se pode alcançar com o motor
Diesel, sem detonação, o ciclo Otto seria mais eficiente. Isto se deve ao aumento brusco de
28
pressão na explosão do combustível, através da faísca, que ocorre no mesmo, aumentando
assim a área dentro da curva do ciclo, aumentando conseqüentemente o rendimento Dos
combustíveis disponíveis no mercado, apenas o álcool hidratado (94% etanol + 6% água) no
motor a álcool pode chegar a uma taxa de compressão de cerca de 12:1; e o gás natural (85%
metano), se numa mistura pobre (Leon), com excesso de ar tal que l > 2, pode operar com taxa
de compressão até 16:1. Como veremos adiante, os motores a GN operando em ciclo Otto,
com tecnologia Lean-Burn chegam a eficiências elétricas acima de 40%. A figura a seguir
apresenta esquematicamente o funcionamento do motor Diesel. Para cada etapa, são
apresentados os pontos iniciais e finais do pistão, e a posição das válvulas de admissão e de
escape:
Figura abaixo apresenta o ciclo típico de um motor Diesel, no plano P-V. A área
achureada, interna ao ciclo, é o trabalho mecânico líquido obtido.
29
30
O Óleo diesel
O óleo Diesel
Óleo Diesel é Mistura de hidrocarbonetos com uma faixa de ponto de ebulição variando
aproximadamente entre 170 ºC e 370 ºC, o que corresponde a destilados intermediários do
petróleo .
A composição química é muito variável no que diz respeito à distribuição desses
hidrocarbonetos, que podem ser classificados em quatro tipos: parafinas, ólefinas, naftênicos e
aromáticos. A predominância de um ou outro tipo depende do petróleo que o deu origem e do
processamento e tratamento que ele sofreu na refinaria.
No Brasil é produzido apenas um tipo de diesel, porém a ASTM, na norma padronizada
ASTM D 075, classifica três tipos de óleo diesel, nos graus nº 1- D, nº 2- D e nº 4-D. Os dois
primeiros são destilados usados em motores diesel de alta velocidade e em motores
estacionários de velocidades medias.
Hidrocarbonetos
Hidrocarbonetos são compostos orgânicos formados exclusivamente por átomos de
Carbono e Hidrogênio. Eles se subdividem em várias subclasses, das quais as mais
importantes são alcanos, alcenos, alcinos, ciclanos (ou cicloalcanos) e aromáticos.
31
Alcanos ou Parafinas são Hidrocarbonetos acíclicos e saturados. Sua nomenclatura é
dada utilizando o intermediário AN e o sufixo O, ou seja, os nomes dos alcanos possuem
prefixos de numeração e ANO no final. Veja os exemplos:
1 Carbono + ANO Metano
2 Carbonos + ANO Etano
3 Carbonos + ANO Propano
4 Carbonos + ANO Butano
As fórmulas moleculares de todos os alcanos se encaixam na FÓRMULA GERAL
CnH2n+2, onde n é um número inteiro. Assim, por exemplo, no Octano temos n = 8 átomos de
Carbono e, conseqüentemente, 2n + 2 = 2 8 + 2 = 18 átomos de Hidrogênio, e fórmula
molecular C8H18.
Alcenos são Hidrocarbonetos acíclicos contendo duplas ligações. Sua nomenclatura é
dada utilizando o intermediário EN e o sufixo O e possuem fórmula geral CnH2n, onde n é um
número inteiro. Veja os exemplos abaixo:
2 Carbonos + ENO Eteno
3 Carbonos + ENO Propeno
O Eteno também é chamado de Etileno
32
Em casos onde existem mais de uma possibilidade para a posição da dupla ligação, é
necessário indicar a sua posição, através de uma numeração. O Carbono 1 é sempre o Carbono
da extremidade mais próxima da dupla ligação na cadeia, fazendo com que sejam usados os
menores números possíveis. Veja os exemplos abaixo:
Ligação dupla no Carbono 1 + 5 Carbonos + ENO 1-Penteno
Ligação dupla no Carbono 2 + 6 Carbonos + ENO 2-
Hexeno
Há também um outro tipo de Alcenos, os Alcadienos ou Dienos. Eles são caracterizados
pela presença de duas ligações duplas em sua estrutura. Sua nomenclatura é igual ao dos
Alcenos, porém utiliza antes do intermediário EN o prefixo DI, para indicar duas ligações
duplas. Em sua numeração, deve-se numerar a cadeia de tal forma que as ligações duplas
tenham os menores números possíveis. Em Dienos com 3 Carbonos, fica óbvio que não é
necessário numerar.
Ligação dupla no Carbono 1 + Ligação dupla no Carbono 2 + 4
Carbonos + DIENO 1,2-Butadieno
Ligação dupla no Carbono 1 + Ligação dupla no Carbono 3 + 5
Carbonos + DIENO 1,3-Pentadieno
São Hidrocarbonetos Alifáticos Insaturados contendo triplas ligações. Possui
nomenclatura igual a dos alcenos, porém o seu intermediário é IN. Possuem fórmula geral
CnH2n-2. Os Alcinos podem ser classificados em dois grupos: Verdadeiros e Falsos. Os Alcinos
Verdadeiros possuem um átomo de Hidrogênio ligado a um dos Carbonos contendo a tripla
ligação. Os Alcinos Falsos não possuem Hidrogênio ligado ao átomo de Carbono com a tripla
ligação. Veja os exemplos:
33
2 Carbonos + INO Etino
Ligação tripla no Carbono 2 + 5 Carbonos + INO 2-Pentino
Ligação tripla no Carbono 1 + 4 Carbonos + INO 1-Butino
O Etino também é chamado de Acetileno
Primeiros óleos combustíveis do motor compressão
Óleo azeite de baleia
Também chamado de oleo de baleia. Esta substância era extraída das baleias pescadas
principalmente no Oceano Atlântico e Oceano Pacífico. Estes animais mamíferos possuem
grossa camada de gordura que os protegem das águas frias, onde vivem a maior parte do
tempo. A caça a baleia indiscriminada, quase levou as várias espécies a extinção, tendo sido
proibida pela maioria das nações do mundo. O Japão na atualidade sofre muitas pressões por
organizações de proteção a fauna por ainda permitir e comercializar a carne e óleo de baleia.
Seu uso, até o final do século XIX, era principalmente para fornecer combustível para
iluminação das casas e ruas, como lubrificante, e na fabricação de sabão e até mesmo
margarina. Sua carne era menos apreciada, sendo em geral, só comercializada a daqueles
animais arpoados junto as regiões costeiras. Outros produtos de valor eram o espermacete,
utilizado na indústria de cosméticos, o âmbar e as barbatanas para fazer espartilhos.
É comum, somente no Brasil, a afirmação de que o óleo de baleia teria sido muito
utilizado na confecção da argamassa, para assentamento de tijolos e blocos de pedra nas
34
construções civis e militares dos séculos XVII até o século XIX, mas há fortes controvérsias
sobre a veracidade histórica disto.
Óleo de amendoim
É extraída da semente da leguminosa Arachis hypogaea. A cultura do amendoim no
Brasil é mais antiga que a de soja. Uma micotoxina (aflatoxina) produzida pelo fungo
Aspergillus flavus, sob condições de armazenamento inadequado amendoim, origina a
contaminação da torta ou farelo.
O amendoim é uma leguminosa de origem sul-americana. Rico em óleo, proteínas e
vitaminas, era uma importante fonte de energia e aminoácidos utilizada intensamente na
alimentação dos indígenas antes da colonização. No século XVIII foi introduzido na Europa,
no XIX difundiu-se do Brasil para a África e do Peru para as Filipinas, China, Japão e Índia.
Nos dias atuais o amendoim é um produto conhecido e apreciado em praticamente todos os
países pelo seu incomparável sabor e versatilidade de uso em pratos salgados, doces e
indústria
Propriedades físico-químicas do óleo de Amendoim
35
Norma do Diesel
N-1193 Indústria do Petróleo Propriedades e Ensaios
Rendimentos obtidos para os catalisadores CH3CH2O-Na+ e H2SO4 em
diferentes tempos de reação
Óleo Diesel
Mistura de hidrocarbonetos com uma faixa de ponto de ebulição variando
aproximadamente entre 170 ºC e 370 ºC, o que corresponde a destilados intermediários do
Petróleo.
A composição química é muito variável no que diz respeito à distribuição desses
hidrocarbonetos, que podem ser classificados em quatro tipos: parafinas, olefinas, naftênicos e
aromáticos. A predominância de um ou outro tipo depende do petróleo que o eu origem e do
processamento e tratamento que ele sofreu na refinaria.
36
Propriedades do Diesel
Teor de enxofre
É um indicativo da concentração deste elemento no óleo. O enxofre é um elemento
indesejável em qualquer combustível devido à ação corrosiva de seus compostos e à formação
de gases tóxicos com SO2 (dióxido de enxofre) e SO3 (trióxido de enxofre), que ocorre durante
a combustão do produto. 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, além
de ser poluente. O teste é feito queimando-se uma pequena quantidade de amostra em
equipamento específico para este fim. Essa queima transforma o enxofre presente em óxidos
que, após serem quantificados, fornecem a concentração de enxofre total no óleo. Estão
também disponíveis equipamentos que fazem a análise incidindo raios X em uma amostra do
produto, colocada confinada em uma célula própria. Nesse caso os átomos de enxofre
absorvem energia de um comprimento de ondas especifico numa quantidade proporcional à
concentração de enxofre presente no diesel.
37
Temperatura da destilação de 50% do produto
É a temperatura na qual 50% do volume do produto é destilado. Essa análise visa
controlar a relação entre o teor de frações leves e pesadas no produto com objetivo, entre
outros de possibilitar um bom desempenho do motor quando o mesmo já se encontra em
regime normal de funcionamento e nas retomadas de velocidade. O teste é feito destilando-se
100 ml da amostra e anotando a temperatura correspondente à destilação de 50% do produto.
Temperatura de destilação de 8,5% do produto
É a temperatura na qual 85% do volume do produto é destilado. Essa análise visa
controlar o teor de frações pesadas no óleo com objetivo de minimizar a formação de
depósitos no motor, as emissões gasosas de hidrocarbonetos não queimados, fumaça e óxido
de nitrogênio. É feito na determinação da temperatura de destilação dos 50%, anotando-se a
temperatura correspondente à destilação de 85% da amostra.
Densidade a 20/4o C
É a relação entre a massa específica do diesel a 20o C e a 4
o C (em g/cm
3).
Os motores são projetados para operar com combustíveis em uma determinada faixa de
densidade, tendo em vista que a bomba injetora dosa o volume injetado. Variações na
densidade levam a uma significativa variação na massa de combustível injetada,
impossibilitando a obtenção de uma mistura de ar\combustível o que aumenta a emissão de
poluentes como hidrocarbonetos, monóxido de carbono e material particulado. Valores baixos
para a densidade reduzem o desempenho dos motores pela formação de uma mistura pobre, o
que leva a uma perda de potência do motor e a um aumento do consumo de combustível.
A densidade a 20/4o C também é usada para calcular o volume do produto a 20
o C, que
é usado para efeito de faturamento.
O teste é feito imergindo-se um densímetro de vidro em proveta de 1.000 ml contendo
amostra do produto (conforme método ASTM DI 298). Nesse caso o resultado é expressão
como densidade a 20/4o C. Existem aparelhos eletrônicos que são mais atuais e que, a partir de
38
uma pequena quantidade da amostra, determinam o período de vibração de uma célula (um
tubo de vidro em forma de U) cheia com o produto e a partir daí calculam a sua densidade.
Viscosidade
É uma medida da resistência oferecida pelo diesel ao escoamento. Seu controle visa
permitir uma boa atomização do óleo e preservar sua característica lubrificante. Valores de
viscosidade abaixo da faixa podem levar a desgaste excessivo nas partes auto-lubrificantes do
sistema de injeção, vazamento na bomba de combustível e danos ao pistão. Viscosidades
superiores à faixa podem levar a um aumento do trabalho da bomba de combustível, que
trabalhará forçada e com maior desgaste, além de proporcionar má atomização do combustível
com conseqüente combustão incompleta e aumento da emissão de fumaça e material
particulado.
O teste é feito fazendo-se escoar sob gravidade, uma quantidade controlada da amostra
através de um viscosímetro de tubo capilar de vidro, sob temperatura previamente fixada e
mantida sob controle. Anota-se o tempo necessário ao escoamento que posteriormente é
corrigido conforme o fator do tubo. Quanto maior for o tempo necessário ao escoamento, mais
viscoso é o produto. A viscosidade assim determinada é conhecida como viscosidade
cinemática, sendo seu resultado expresso em centésimos de Stokes (centiStokes).
Ponto de Névoa
É definido como a menor temperatura em que se observa a formação de uma turvação
numa amostra do produto, indicado o início da cristalização de parafinas e outras subsistências
de comportamento semelhante que estão presentes e tendem a separar-se do diesel, quando
este é submetido a baixas temperaturas de resfriamento contínuo. Valores do Ponto de Névoa
superiores à temperatura ambiente conduzem a maiores dificuldades de partida do motor e a
perdas de potência do equipamento devido a obstrução, por parafinas, das tubulações e filtros
do sistema de combustível. O teste é feito submetendo-se uma dada quantidade da amostra a
39
resfriamento numa taxa específica, até que haja o aparecimento, pela primeira vez, de uma
área turva no fundo do tubo de teste.
Corrosividade ao cobre
É uma avaliação do caráter corrosivo do produto. Esse teste dá uma indicação do
potencial de corrosividade do diesel no que se diz respeito a peças de cobre, ligas de cobre e
outros metais. O caráter corrosivo do diesel é normalmente associado à presença de enxofre
elementar (So) e gás sulfídrico (H2O). O teste é feito imergindo uma lâmina de cobre
devidamente preparada numa amostra do produto mantida a 50o C, por 3 horas. Decorrido esse
tempo, a lâmina é retirada, lavada e sua coloração é comparada com lâminas-padrão da
ASTM.
Percentagem de Resíduo de Carbono
É o teor do resíduo obtido após a evaporação das frações voláteis do produto, submetido
a aquecimento sob condições controladas. Considerando-se o produto sem aditivos, a
percentagem de resíduo de carbono correlaciona-se com a quantidade de depósitos que podem
ser deixados pelo diesel na câmara de combustão. Valores altos de resíduo de carbono podem
levar à formação de uma quantidade excessiva de resíduo na câmara de maior contaminação
de óleo lubrificante por fuligem. O teste consiste em aquecer uma amostra (tomada dos 10%
finais da destilação), colocando-a em bulho de vidro, a 550o C, por um tempo pré-
determinado. O resíduo remanescente é calculado como fração percentual da amostra original.
Percentagem de Água e Sedimentos
É uma medida do teor dessas substâncias no produto. A presença desses contaminantes
em níveis superiores àqueles pré-fixados, são altamente prejudiciais ao diesel pois aceleram
sua deterioração e prejudicam sua combustão além de acelerar a saturação dos filtros e
provocar danos ao sistema de combustível. O teste é feito centrifugando-se, em tubo de ensaio,
uma quantidade pré-fixada da amostra misturada com quantidade igual de um solvente
(tolueno). No final, lê-se a camada de água e de sedimentos presentes na parte inferior do tubo
e a seguir calcula-se a percentagem (de água + sedimentos) em relação à amostra tomada.
40
Teor de Cinzas
É o teor de resíduos inorgânicos não combustíveis apurado após a queima de uma
amostra do produto. Essa avaliação visa garantir que os sais ou óxidos metálicos, formados
após a combustão do produto e que se apresentam como abrasivos, não venham a causar
depósitos numa quantidade que prejudique os pistões, a câmara de combustão, etc. O ensaio é
feito queimando-se uma determinada quantidade de amostra, seguido da calcinação do resíduo
com sua posterior quantificação como percentagem de cinzas no óleo.
Número de Cetano
O número de Caetano mede a qualidade de ignição de um combustível para máquina
diesel e tem influência direta na partida do motor e no seu funcionamento sob carga.
Fisicamente, o número de cetano se relaciona diretamente com o retardo de ignição de
combustível no motor de modo que, quanto menor o número de cetano maior será o retardo da
ignição. Conseqüentemente, maior será a quantidade de combustível que permanecerá na
câmara sem queimar no tempo certo. Isso leva a um mau funcionamento do motor pois,
quando a queima acontecer, gerará uma quantidade de energia superior àquela necessária. Esse
excesso de energia força o pistão a descer com velocidade superior àquela pelo sistema, o que
provocará esforços anormais sobre o pistão, podendo causar danos mecânicos e perda de
potência.
Combustíveis com alto teor de parafinas apresentam alto número de cetano, enquanto
produtos ricos em hidrocarbonetos aromáticos apresentam baixo número de cetano. Devido a
isso, na determinação dessa característica o desempenho do diesel é comparado com o
desempenho do n-hexadecano, produto parafínico comercializado como cetano, o qual é
atribuído um número de cetano igual a 100. A um produto aromático (alfa mentil-naftaleno) é
atribuído um número de cetano igual a zero. A determinação do número de cetano requer o
uso de um motor de teste padrão (motor CFR) operando sob condições também padronizadas.
Índice de Cetano
41
Assim como o número de cetano, o índice de cetano está ligado à qualidade de ignição.
O índice de cetano apresenta correlação com o número de cetano e é determinado pelas
refinarias como substituto do mesmo, pela sua praticidade. É calculado a partir da densidade e
temperatura de destilação de 50% do produto. A fórmula utilizada foi desenvolvida pela
ASTM (American Society for Testing Materials), consta no método D976, e é representado
pela expressão abaixo:
IC = 454,74 - 1641,416D + 774,74D2 - 0,554B + 97,803(logB)
2
Onde:
D = densidade a 15o C, (g/cm
3)
B = temperatura da destilação de 50% do produto,(oC )
O método ASTM D4737 também fornece uma fórmula que pode ser usada para cálculo
de índice de cetano.
Baixos valores de índice de cetano acarretam dificuldades de partida a frio, depósito nos
pistões e mau funcionamento do motor. Valores altos de índice de cetano apresentam as
seguintes influências:
Facilita a partida a frio do motor. Permite aquecimento mais rápido do motor. Reduz a
possibilidade de erosão dos pistões. Impede a ocorrência de pós-iginição. Possibilita
funcionamento do motor com baixo nível de ruído. Minimiza a emissão de poluentes como
hidrocarbonetos, monóxido de carbono e material particulado.
Ponto de Fulgor
É a menor temperatura na qual o produto gera uma quantidade de vapores que se
inflamam quando se dá a aplicação de uma chama, em condições controladas. O ponto de
fulgor está ligado à inflamabilidade e serve como indicativo dos cuidados a serem tomados
42
durante o manuseio, transporte, armazenamento e uso do produto. Atualmente, o ponto de
fulgor é especificado apenas para o diesel tipo D. o ponto de fulgor varia em função do teor de
hidrocarbonetos leves existentes no diesel. Devido a isso, ele limita o ponto inicial de
destilação do produto e conseqüentemente, a sua produção. Por esse motivo, a especificação
dessa característica foi eliminada do óleo diesel do tipo A e B, com o fim de se permitir uma
maior produção desse combustível. O ensaio do ponto de fulgor desses dois tipos de diesel é
realizado facultativamente pelas refinarias da PETROBRAS. O teste consiste em aplica uma
chama padrão em uma amostra de diesel colocado em um vaso fechado e submetida a
aquecimento, até que os vapores gerados se inflamem o que é detectado por um lampejo que
se apaga logo após ocorrer. Esse ensaio é feito usando-se equipamento específico para esse
fim mantendo-se sob controle fatores como: velocidade do aquecimento, temperatura inicial
do banho, tamanho da chama piloto, intervalo entre aplicações, etc.
Tipos de Óleo Diesel
Conforme determinação do DNC, a PETROBRAS coloca à disposição do mercado três
tipos de Óleo Diesel, a saber:
TIPO A – Diesel automotivo, utilizado em motores diesel e instalações de aquecimento
de pequeno porte.
TIPO B – Diesel metropolitano. É também utilizado para aplicação automotiva. Difere
do diesel Tipo A por possuir no máximo 0,5 % de enxofre e por somente ser comercializado
para uso nas regiões metropolitanas das seguintes capitais: Porto Alegre, Curitiba, São Paulo,
Rio de Janeiro, Belo Horizonte, Salvador, Recife, Fortaleza e Aracaju.
TIPO D – Diesel marítimo. É produzido especialmente para utilização em motores de
embarcação marítima. Difere do diesel Tipo A por Ter especificado o seu ponto de fulgor em,
no mínimo, 60 oC. Este diesel não é produzido pela REGAP.
43
A resolução 315 - Diesel 50ppm de 2009
O oleo diesel Extra Aditivado é um óleo que contém um pacote multifuncional de
aditivos com objetivo de manter limpo o sistema de alimentação de combustível, reduzir o
desgaste dos bicos injetores, reduzir a formação de sedimentos e depósitos, proporcionar
melhor separação da água eventualmente presente no diesel e conferir maior proteção
anticorrosiva a todo o sistema de alimentação. Além disto, possui um aditivo antiespumante,
para acelerar o enchimento dos tanques dos veículos, evitando assim eventuais
transbordamentos.
A utilização continuada do Diesel extra Aditivado garante uma pulverização mais eficaz
do combustível na câmara de combustão, permitindo uma mistura mais homogênea do
combustível com o ar, melhorando o rendimento do motor, evitando o desperdício de óleo
diesel e reduzindo as emissões de gases à atmosfera, contribuindo para uma melhor qualidade
do ar.
A utilização do Diesel extra Aditivado traz, como consequência, a redução da frequência
de manutenção dos componentes do sistema de alimentação e o aumento da vida útil do motor.
O chamado óleo diesel de referência é produzido especialmente para as companhias
montadoras de veículos a diesel, que o utilizam como padrão para a homologação, ensaios de
consumo, desempenho e teste de emissão.
Mudança de padrão do óleo diesel utilizado no Brasil
A Resolução 315 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), assinada em
2002, dispõe sobre a nova etapa do Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos
Automotores – PROCONVE, mas, ao contrário do que se tem divulgado na imprensa
brasileira, não cita o total de partes por milhão (ppm) de enxofre para o diesel. A especificação
da qualidade do combustível somente ocorre com a publicação da Resolução 32 da Agência
Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), em outubro de 2007.
44
“O possível descumprimento da Resolução Conama 315 por parte das indústrias será
resolvido no âmbito do Ministério Público ou do Poder Judiciário”, informou o Ministério do
Meio Ambiente em nota técnica.
Óleo diesel marítimo
Também ocorrem subdivisões no caso do óleo diesel marítimo de forma a se dispor da
qualidade requerida pelo usuário. São encontrados os seguintes tipos, comercializados no país
e/ou destinados à exportação:
O óleo diesel Marítimo comercial
Destinado a motores diesel utilizado em embarcações marítimas. Difere do óleo diesel
automotivo comercial apenas na necessidade de se especificar a característica de ponto de
fulgor relacionada a maior segurança deste produto em embarcações marítimas. Como ponto
de fulgor entende-se a menor temperatura que o óleo diesel vaporiza em quantidade suficiente
para formar com o ar uma mistura explosiva, capaz de se inflamar momentaneamente, quando
sobre ele se incidir uma chama (fonte de ignição). Para o óleo diesel marítimo o ponto de
fulgor é fixado em um valor mínimo de 60°C.
Especial para a Marinha / Ártico
São produzidos para atender necessidades militares e apresentam maior rigidez quanto
às características de ignição, de volatilidade, de escoamento a baixas temperaturas e de teor de
enxofre. Isto se deve às condições adversas de sua utilização em embarcações militares -
rapidez e desempenho - baixas temperaturas (Oceano Ártico, por exemplo).
Todos os tipos de diesel devem conservar o mesmo ponto de fulgor, que é uma das
características do óleo diesel, a fim de impedir explosões nos porões das embarcações.
Entre a sua produção seu consumo e o meio ambiente.
45
Óleo Diesel é Mistura de hidrocarbonetos com uma faixa de ponto de ebulição variando
aproximadamente entre 170 ºC e 370 ºC, o que corresponde a destilados intermediários do
petróleo. A composição química é muito variável no que diz respeito à distribuição desses
hidrocarbonetos, que podem ser classificados em quatro tipos: parafinas, ólefinas, naftênicos e
aromáticos. A predominância de um ou outro tipo depende do petróleo que o deu origem e do
processamento e tratamento que ele sofreu na refinaria.
No Brasil, produzia apenas um tipo de diesel, porém a ASTM, na norma padronizada
ASTM D 075, classifica três tipos de óleo diesel, nos graus nº 1- D, nº 2- D e nº 4-D. Os dois
primeiros são destilados usados em motores diesel de alta velocidade e em motores
estacionários de velocidades medias.
Para que um combustível seja considerado bom, deve apresentar algumas características,
as quais são listadas a seguir:
Permitir boa partida;
Proporcionar um aquecimento uniforme e uma aceleração suave;
Proporcionar uma operação suave sem problemas de “detonação”;
Minimizar a fumaça;
Conservar limpos os injetores, câmara de combustão e a área de exaustão;
Minimizar a corrosão e o desgaste;
Evitar excessiva diluição do óleo lubrificante;
Proporcionar uma longa vida aos filtros;
Dar a máxima quilometragem por litro.
Devido estas características no uso do óleo diesel nos anos 90 resultante da utilização de
programas desenvolvidos em parceria pela Secretaria Municipal do Meio Ambiente e
46
Refinaria Alberto Pasqualini (REFAP). Com a avaliação da qualidade do ar, medida através de
programas executados em algumas áreas críticas de trânsito intenso na cidade, foi possível
verificar a necessidade do desenvolvimento de um combustível menos impactante, de
aprimorar a legislação municipal e de implantar programas de fiscalização. Cerca de 35% do
consumo de energia do setor de transporte, em Porto Alegre, deve-se aos veículos de carga e
do transporte coletivo pela queima de óleo diesel. O monitoramento da qualidade do ar, que
passou a ser realizado na cidade, revelou concentrações de dióxido de enxofre bastante
superiores aos níveis recomendados pelo Conselho Nacional de Meio Ambiente na região
norte da cidade. Pesquisando, já há algum tempo, a produção de um óleo diesel menos
impactante, a REFAP desenvolveu o ODM - Óleo Diesel Metropolitano, cujo teor máximo
de enxofre é de 0,5%, enquanto o índice do óleo comum na época era de 1,2%.
Com base na disponibilidade do ODM em quantidades suficientes para atender toda a
demanda da cidade, o Município, através do Decreto n0 10.432/92, de 23 de outubro, instituiu
a obrigatoriedade de seu uso no transporte coletivo e de cargas da cidade. Os resultados da
utilização deste combustível apresentou imediatamente uma considerável redução nas
emissões de dióxido de enxofre nos pontos de amostragem na cidade. A Petrobras eliminou,
em 1989, a adição de chumbo tetraetila à gasolina, contribuindo de maneira decisiva para a
melhoria da qualidade do ar. Brasil e Japão foram os primeiros países do mundo a eliminar o
chumbo da gasolina.
Em 1992, a Petrobras lançou o diesel metropolitano para uso nos grandes centros
urbanos, onde os níveis de poluição do ar são mais acentuados. Com apenas a metade do teor
de enxofre do diesel usado para outras finalidades, esse produto reduz o volume de dióxido de
enxofre lançado no ar das grandes cidades brasileiras. A meta da Petrobras é reduzir, até 2008,
o teor de enxofre na gasolina brasileira dos atuais 1000 ppm para a faixa de 80 ppm. No diesel
metropolitano, o nível de enxofre, que está em 2000 ppm, será reduzido para 50 ppm. "E esse
é apenas um dos itens a serem melhorados nos produtos. Para isso buscamos tecnologias
adequadas, nas melhores empresas da Europa e EUA". Segundo a Petrobrás, nesses países,
ainda que os níveis de enxofre sejam menores que os registrados no Brasil, os números
estipulados pela Petrobras também só foram alcançados após 2005.
47
• Diesel metropolitano (circulava nos centros urbanos) – 2.000 ppm de enxofre
• Diesel de interior – 3.500 ppm
Em maio deste ano (20009), a Petrobras substituiu o chamado diesel metropolitano (que
circulava nos grandes centros urbanos) pelo diesel S500, produto com significativa redução do
teor de enxofre. O novo combustível tem 500 ppm (partes por milhão) de enxofre, contra
2.000 ppm do antigo. O diesel de interior também foi melhorado: passou de 3.500 ppm de
enxofre para 2.000. Estas modificações atendem às novas regras do Conama (Conselho
Nacional de Meio Ambiente), que determinou a redução do teor de enxofre a partir de 2006.
Segundo a assessoria de comunicação da área de abastecimento da Petrobras, os produtos que
circulam tanto em áreas metropolitanas, quanto no interior do país, também estão em sintonia
com o Proconve (Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores). No
entanto, conforme especialistas do setor, os níveis de poluição gerados por estes teores de
diesel ainda estão longe dos recomendáveis.
• Diesel S500 (comercializado nos centros urbanos) - 500 ppm
• Diesel de interior – 2.000 ppm
O diesel brasileiro é um dos piores das Américas comparados a outros produzidos, por
exemplo, ao diesel (Cidade) Ciudad Plus, com 50 ppm de enxofre, e o City Diesel, que circula
na Califórnia (EUA), com 10 ppm, considerado um dos mais modernos do mundo. “No Chile,
o governo substituiu um produto que era muito melhor do que o novo diesel da Petrobras, com
apenas 300 ppm, pelo Ciudad Plus, com um teor de enxofre dez vezes menor do que o
brasileiro”, citou Goux. “As substâncias mais perigosas no ar das grandes cidades são
provenientes dos motores dos transportes públicos. Mesmo com a redução, o nível atual do
teor de enxofre do diesel brasileiro é muito alto. Existem vários estudos que comprovam os
efeitos nocivos dos poluentes sobre o organismo das pessoas e o governo deveria ter maior
preocupação com isso.”
Não é somente o diesel que circula nos demais países americanos que é melhor. No
mundo inteiro, as empresas de energia investem em pesquisas para melhorar a qualidade do
48
combustível e minimizar seu risco de contaminações. Na Europa, por exemplo, os países
membros da União Européia comercializam diesel com 50 ppm de enxofre desde 1º de janeiro
deste ano. França, Portugal e Espanha utilizam o combustível com 50 ppm de enxofre, embora
as empresas petrolíferas destes países ofereçam o produto com até 10 ppm (existe uma
determinação de que os países têm de ter uma disponibilidade mínima de combustível com
esta especificação). Na Alemanha, Holanda, Noruega e Suíça, o diesel utilizado já contém
apenas 10 ppm de enxofre. A partir de 2009, em toda a União Européia, todo o diesel em
circulação terá de ter somente 10 ppm de enxofre.
O diesel nacional tem mais enxofre devido às características do petróleo brasileiro, do
tipo parafínico (pesado), enquanto que na Europa e nos Estados Unidos o petróleo é mais leve
(naftênico). O maior teor de enxofre, além de provocar ataques químicos nos componentes dos
motores, gera óxidos de enxofre que, lançados na atmosfera, provocam irritações nos olhos e
vias respiratórias. Entretanto, o custo para reduzir o teor de enxofre do combustível ainda é
bastante elevado. Para conseguir produzir o S500, a Petrobras teve de investir nada menos do
que US$ 750 milhões em suas refinarias.
O teor de enxofre do novo diesel é reduzido em unidades de tratamento conhecidas
como HDT, ou hidrotratamento, hoje instaladas nas refinarias Replan (Paulínia - SP), Regap
(Betim - MG), Revap (São José dos Campos - SP), Reduc (Duque de Caxias - RJ) e RPBC
(Cubatão - SP). Até 2009, a empresa deverá investir ainda cerca de US$ 1,7 bilhão para
reduzir o enxofre do combustível a 50 ppm. Ainda assim, o combustível será cinco vezes mais
poluente do que o europeu, que na mesma data deverá conter apenas 10 ppm de teor de
enxofre.
Mas não é apenas o potencial poluidor do diesel nacional que é alvo de críticas. O
produto brasileiro contém também baixo índice de cetano, o que significa que tem pouco
poder calorífico. Quanto maior for o número de cetano do combustível, menor será o retardo
de ignição e melhor a capacidade de combustão. Em outras palavras, quanto maior for o índice
de cetano, melhor será o desempenho dos motores. “O antigo diesel metropolitano tinha
apenas 42 de índice de cetano, e o novo S500 tem 45. Não é um bom índice. A própria
Petrobras divulga em seu site que um combustível com 40 de cetano é de baixa qualidade, mas
49
não produz um produto muito superior a isso. Comparando com os combustíveis que circulam
em outros países, os índices brasileiros ainda são muito baixos. O diesel chileno, por exemplo,
tem 52 de cetano, e o norte-americano, 54”, afirmou Goux. “A Petrobras poderia ter o melhor
diesel do mundo, pois tem poder econômico e capacidade para produzi-lo. Apesar do slogan „o
desafio é a nossa energia‟, falta iniciativa para colocá-lo em prática”.
Menos poluente, mais elitizado
Quando a Petrobras divulgou o lançamento do diesel S500, uma preocupação dos
revendedores foi a possibilidade de surgimento de mais uma fraude no setor, motivada pelos
patamares diferentes de preço. Isso porque o diesel S500 circularia apenas em determinadas
regiões. Nas demais, ainda permaneceria a divisão geográfica entre o diesel metropolitano
convencional e o diesel de interior. Na prática, isso significava que postos muitas vezes
vizinhos venderiam produtos com preços bem diferentes - a defasagem chegava a R$ 0,05 por
litro. Certamente, alguns consumidores optariam por abastecer nos postos autorizados a
comercializar o combustível mais barato, o que prejudicaria os postos obrigados a vender o
S500, e esta situação poderia motivar o surgimento de fraudes (como a venda do diesel de
interior como diesel S500, por exemplo).
No entanto, atendendo a solicitações do setor, a Petrobras resolveu equalizar a diferença
de preços entre os dois produtos. Neste processo, o antigo diesel de interior, de pior qualidade,
foi substituído pelo até então diesel metropolitano, e o S500 passou a circular nos centros
urbanos. Para que o consumidor possa verificar qual tipo de diesel está consumindo, o diesel
de interior sofre adição de um corante vermelho.
Mas mesmo assim, o diesel S500 é mais caro, em função de custos maiores de produção,
e isso gera uma certa elitização do combustível. Em média, seu preço é cerca de R$ 0,02
superior ao diesel de interior, o que provoca em muitos casos a migração do consumo para os
postos localizados nas regiões em que a venda do produto mais barata é autorizada. Muitos
dos grandes consumidores, como caminhoneiros, preferem abastecer em postos do interior e
pagar menos pelo combustível, mesmo que centros urbanos façam parte de seus trajetos. E,
com isso, os postos localizados em áreas urbanas perdem vendas, e o problema ambiental não
é solucionado.
50
Saúde em risco
O laboratório de Poluição Atmosférica Experimental do Departamento de Patologia da
Faculdade de Medicina da USP (Universidade de São Paulo) estuda os efeitos nocivos dos
poluentes sobre a população desde a década de 80. Além de problemas relacionados ao
aparelho respiratório e visão, estudos alertam que até fetos dentro do útero da mãe podem ser
afetados.
De cada oito abortos espontâneos ocorridos na capital paulista, 1,5 pode estar associado
à poluição atmosférica. O poluente mais ameaçador é o dióxido de nitrogênio, que surge
graças à reação do oxigênio e nitrogênio durante o processo de combustão em altas
temperaturas. Juntamente com esta substância, o dióxido de enxofre e o monóxido de carbono,
também liberados pelos motores, lideram o ranking de elementos tóxicos que contaminam o ar
nas grandes cidades.
Os pesquisadores também observaram que o número de internações aumenta
proporcionalmente aos índices de poluição (fornecidos diariamente pela Cetesb). Só no
Instituto do Coração, na capital paulista, por exemplo, o pronto-socorro atende 10% mais
pacientes nas épocas em que o ar está mais carregado de poluentes. O governo deveria investir
mais em combustíveis menos poluentes. É uma questão de saúde pública. Os gastos com
pesquisas de produtos menos tóxicos seriam compensados pela maior economia no
atendimento de complicações nos hospitais.
Diesel 50ppm realidade em 2009 - resolução 315
No dia 1º de janeiro de 2009, a Petrobras deu início ao fornecimento do diesel S-50
(com 50 partes por milhão de enxofre) para as frotas cativas de ônibus urbanos das cidades de
São Paulo e Rio de Janeiro, como foi acordado com o Ministério Público Federal no dia 30 de
51
outubro de 2008. O diesel está sendo vendido ao mesmo preço do combustível anterior, o S-
500 (com 500 partes por milhão de enxofre).
Nos primeiros dias abastece as frotas cativas de ônibus urbanos das cidades de São
Paulo e Rio de Janeiro do fornecimento do diesel S-50 (com 50 partes por milhão de enxofre)
nos dois mercados.
A crítica de que a Petrobras não teria se preparado para fornecer o diesel S-50 provou-se
desinformada e irreal. Os investimentos realizados nas refinarias, no total de US$ 4 bilhões,
que permitirão ä empresa produzir o diesel. Atualmente, o produto está sendo importado. O
fornecimento de um diesel menos poluente não será suficiente para resolver os problemas de
qualidade do ar das grandes cidades, especialmente diante da presença de veículos antigos na
frota brasileira, além do tráfego nas grandes cidades, como elementos que devem ser levados
em conta.
Destaca-se a iniciativa da Petrobras em cumprir o acordo com o MPF. Ela esclareceu
que a resolução 315 do Conselho Nacional do Meio Ambiente regulamentava as emissões nos
veículos com tecnologia P-6, que não estarão disponíveis no mercado brasileiro.
Deve-se ter uma política de governo que determine a inspeção nos veículos novos e
antigos. O cuidado com as inspeções veiculares é “imprescindível para a qualidade do ar".
52
Processo e Produção
Processos de Refino
Os processos normalmente empregados nas refinarias modernas para o processamento
do petróleo (óleo cru) são: destilação, cracking ou craqueamento, polimerização, alquilação,
dessulfurização, dessalinização, desidratação e hidrogenação.
Destilação atmosférica e destilação a vácuo
A primeira etapa do processo de refino é a destilação atmosférica. O petróleo é aquecido
e fracionado em uma torre que possui pratos perfurados em várias alturas. Como a parte
inferior da torre é mais quente, os hidrocarbonetos gasosos sobem e se condensam ao
passarem pelos pratos.
53
Nessa etapa são extraídos, por ordem crescente de densidade, gases combustíveis, GLP,
gasolina, nafta, solventes e querosenes, óleo diesel e um óleo pesado, chamado resíduo
atmosférico, que é extraído do fundo da torre.
Esse resíduo é então reaquecido e levado para outra torre, onde o seu fracionamento
ocorrerá a uma pressão abaixo da atmosfera. Nesta torre será extraída mais uma parcela de
óleo diesel e um produto chamado genericamente de Gasóleo, que não constitui um produto
pronto. Ele servirá como matéria-prima para produção de gases combustíveis, GLP, gasolina e
outros.
O resíduo de fundo da destilação a vácuo é recolhido na parte inferior da torre e será
destinado à produção de asfalto ou será usado como óleo combustível pesado.
Craqueamento
Este processo quebra as moléculas de hidrocarbonetos pesados, convertendo-as em
gasolina e outros destilados com maior valor comercial. Os dois principais tipos são o
craqueamento térmico e o catalítico.
O térmico utiliza calor e altas pressões para efetuar a conversão de moléculas grandes
em outros menores e o catalítico utiliza um catalisador que é uma substância que facilita essa
conversão, porém em condições de pressão mais reduzidas. Os catalisadores mais usados são:
platina, alumina, bentanina ou sílica.
Em ambos os tipos de craqueamento a utilização de temperaturas relativamente altas é
essencial.
Polimerização
Por meio deste processo ocorre a combinação entre moléculas de hidrocarbonetos mais
leves do que a gasolina com moléculas de hidrocarboneto de densidades semelhante.
54
O objetivo do processo é produzir gasolina com alto teor de octano (hidrocarboneto com
oito carbonos), que possui elevado valor comercial.
Alquilação
É um processo semelhante ao da polimerização. Também há conversão de moléculas
pequenas de hidrocarbonetos em moléculas mais longas, porém difere da polimerização
porque neste processo pode haver combinação de moléculas diferentes entre si.
A gasolina obtida por meio da alquilação geralmente apresenta um alto teor de
octanagem, sendo de grande importância na produção de gasolina para aviação.
Dessulfurização
Processo utilizado para retirar compostos de enxofre do óleo cru, tais como: gás
sulfídrico, mercaptanas, sulfetos e dissulfetos.
Este processo melhora a qualidade desejada para o produto final.
Dessalinização e Desidratação
O objetivo destes processos é remover sal e água do óleo cru. Por meio dele o óleo é
aquecido e recebe um catalisador. A massa resultante é decantada ou filtrada para retirar a
água e o sal contidos no óleo.
55
Hidrogenização
Processo desenvolvido por técnicos alemães para a transformação de carvão em
gasolina. Por meio deste processo, as frações do petróleo são submetidas a altas pressões de
hidrogênio e temperaturas elevadas, em presença de catalisadores.
Esquema de refinaria com foco na produção de óleo diesel
A proposição de um esquema de refino com foco em diesel se justifica, per se, no caso
do mercado brasileiro de derivados, em que há a concentração da demanda nos destilados
médios, especialmente o diesel.
O parque de refino atual brasileiro deve levar a um maior rendimento em diesel.
A análise de uma refinaria otimizada para a produção de óleo diesel se justifica qualquer
que seja a demanda futura por diesel no país, e qualquer que seja o momento em que tornar se-
á economicamente necessário o investimento.
Propôs-se uma refinaria consumindo integralmente um óleo do tipo Marlim.
Evidentemente, trata-se de uma simplificação que explicita o rendimento de um
esquema consumindo 100% óleo nacional e produzindo, majoritariamente, o produto focal do
refino brasileiro.
Conforme já mencionado, uma refinaria pode consumir um conjunto considerável de
óleos e, assim, melhorar o seu rendimento em cortes médios e leves.
Assim, a refinaria para diesel proposta tem, como unidades básicas, o HCC e o
coqueamento retardado. Ambas unidades apresentam alto rendimento em destilados médios,
sendo que a primeira (cujo rendimento em diesel e QAV atinge 63% da sua carga), também
proporciona um produto de elevada qualidade (baixo teor de enxofre e índice ótimo de
56
cetanas), consumindo cargas de diferentes unidades do refino (no caso, gasóleo do
coqueamento, gasóleo da destilação a vácuo e óleos residuais do FCC).
Este é um ponto importante, aliás, do nosso exemplo: existe uma gama considerável de
possibilidades para formação do perfil de produção da refinaria, conforme o direcionamento
dos produtos intermediários de cada unidade de refino. No esquema, vale notar que existem
vários pontos em que a corrente se divide, possibilitando o direcionamento de frações da
mesma, em variadas proporções, para as unidades da refinaria, especialmente o HCC.
Normalmente as unidades de conversão profunda operam no máximo da sua capacidade
operacional e, assim, esta capacidade define, de certa forma, os fluxos mássicos do esquema
de refino.
Assumindo-se um aumento da capacidade de conversão via coqueamento retardado, há
uma margem para redução de óleo combustível na refinaria e incremento de produção de
diesel.
Esta refinaria tem uma proporção de coqueamento, relativamente ao processamento
primário, de 33%121, o que lhe permite fracionar os resíduos pesados da carga processada de
óleo de baixo grau API. Neste caso, obteríamos um rendimento em diesel de cerca de 45%, em
gasolina de cerca de 34% e em óleo combustível de 4,1% , conforme mostra a figura , o que
torna a refinaria ainda mais otimizada para leves e médios (porém, com custos de
investimentos maiores para tal).
Figura Perfil da produção da refinaria com foco em óleo diesel
57
A refinaria com foco em diesel é composta pelas seguintes unidades principais,
representadas no fluxograma apresentado na figura abaixo:
• Destilação atmosférica;
• Destilação a vácuo;
• Coqueamento retardado
• Hidrocraqueamento catalítico;
• Craqueamento catalítico tipo FCC;
• Hidrotratamento de óleo diesel
Figura : Fluxograma da refinaria voltada para a produção de óleo diesel
58
Tabela Capacidades das unidades da refinaria voltada para a produção de óleo diesel e
Relação percentual com a unidade de Destilação Atmosférica (DA)
Abastecimento
A Petrobras abastece quase toda a demanda do mercado brasileiro por derivados de
petróleo. Um mercado que consome aproximadamente 1,7 milhões de barris/dia.
59
A excelência do abastecimento da Petrobras colocou a empresa como a nona maior
companhia no setor downstream (refino, transporte e comercialização), segundo avaliação da
Petroleum Intelligence Weekly.
O termo downstream, na Petrobras, está ligado à boa parte da estrutura operacional: onze
refinarias, duas fábricas de fertilizantes, bases, dutos, terminais e navios.
Entre os desafios do setor, a Petrobras trabalha para aumentar a produção de diferentes
tipos de óleos em suas refinarias e eliminar a dependência da importação. Sempre com a
preocupação com a qualidade do produto, a segurança do homem e os cuidados ambientais.
Exploração e Produção:
Este setor da Petrobras é responsável pela pesquisa, localização, identificação,
desenvolvimento, produção e incorporação de reservas de óleo e gás natural.
60
A Petrobras atua em um padrão de excelência mundial de desenvolvimento e aplicação
de tecnologia e produção em águas profundas. Em reconhecimento a este trabalho, a
companhia recebeu, por duas vezes, o prêmio mais importante da indústria mundial de
petróleo, o Distinguished Achievement Award, oferecido na Offshore Technology Conference
(OTC), em 1992 e 2001.
Estas atividades, em alinhamento com as orientações corporativas da Petrobras,
observam rigorosamente os preceitos de responsabilidade social e de preservação do meio
ambiente em todas as localidades onde atua.
Gás & Energia
Novos desafios em Gás e Energia:
O gás natural é concorrente e aliado do óleo diesel. Primeiramente, aliado porque a
partir de processo industriais pode-se obter do refino do gás natural óleo diesel. Aliado, porque
o emprego do gás natural na obtenção de derivados (gás-química) especialmente produtos
plástico e resinas permite que se libere óleo cru de petróleo para obter óleo diesel. Aliado
porque permite no emprego do gás natural em motores industriais ou geração de energia libera
o óleo diesel para motores leves, especialmente automotores. Mas também é concorrente à
medida que competem justamente na geração elétrica e combustível de motores.
Assim é importante para o estudo do óleo diesel como componente da matriz energética
analisar esse importante concorrente/aliado. Nesse contexto, as empresas petrolíferas em geral
vêem se adaptando. Esse é o caso da Petrobras que com a nova estrutura organizacional
desenvolveu um setor de Gás e Energia.
A estratégica área de negócios de Gás & Energia tornou-se responsável pela
comercialização do gás natural nacional e importado e pela implantação de projetos, em
parceria com o setor privado, que vão garantir a oferta deste combustível em todo o país.
61
O setor de gás natural no Brasil cresceu 1.790% de 1980 a 2004 e hoje responde por
8,9% da matriz energética brasileira. A Petrobras aposta neste crescimento e estima que o
combustível chegará a 12% da matriz em 2015. Para isso, a Petrobras dedica esforço
permanente junto às distribuidoras de gás e seus clientes, buscando alternativas técnicas e
econômicas que ampliem o uso do gás nos segmentos industriais, automotivos, na geração e
co-geração de energia.
A área de Gás & Energia da Petrobras é responsável por grande parte da estrutura de
transporte e comercialização, atuando sempre de maneira segura e ambientalmente correta.
Entre todos os combustíveis atualmente disponíveis em larga escala, o gás natural é aquele que
se destaca como o mais versátil, econômico e limpo.
Gasodutos: Nos próximos cinco anos, US$ 5,2 bilhões serão aplicados na construção de
novos gasodutos. Aos atuais 8.860 quilômetros de dutos que estão em operação atualmente,
4.160 quilômetros serão acrescentados à rede.
O gás produzido em Urucu, na Amazônia, abastecerá os mercados de Porto Velho e
Manaus, além de municípios do interior do Amazonas.
O Gasene - ligação do Sudeste ao Nordeste - é formado por três gasodutos que vão
integrar o litoral norte do Rio de Janeiro, a partir do terminal de Cabiúnas, a Catu (BA),
passando pelo litoral do Espírito Santo, já está com obras de trechos em andamento.
No Nordeste, o interior será priorizado, com a implantação da Malha Nordeste, que
passará pelos Estados de Bahia, Sergipe, Alagoas, Pernambuco, Paraíba, e Rio Grande do
Norte. Grandes cidades da região serão incluídas no mercado consumidor, assim como
Campina Grande, cujo gasoduto João Pessoa-Campina Grande foi concluído e já está em
operação.
A Malha Sudeste está sendo reforçada com o gasoduto Campinas-Rio - que será
ramificado para Jacutinga (MG) e Caraguatatuba (SP), além da ampliação da capacidade do
Gasbel, que liga o Rio de Janeiro a Belo Horizonte. Na região Sul, o projeto do gasoduto
62
Uruguaiana-Porto Alegre, que traria gás natural da Argentina ao Brasil, está suspenso pela
atual baixa oferta do combustível naquele país.
Gasodutos Móveis: A Petrobras também investe em empreendimentos que utilizam as
tecnologias que viabilizam a distribuição de gás natural em regiões ainda não atendidas por
gasodutos - os chamados gasodutos móveis. Através da compressão (gás natural comprimido -
GNC) ou liquefação (gás natural liquefeito - GNL) do gás natural é possível obter-se uma
significativa redução de seu volume, o que viabiliza seu transporte em carretas especialmente
projetadas para tanto. Estas alternativas de transporte de gás permitem a antecipação de
mercados para o gás natural, desenvolvendo a cultura da utilização do energético antes da
eventual conclusão do gasoduto.
Dentre as iniciativas utilizando estas tecnologias destaca-se a Gás Local, joint venture
entre a Petrobras e a White Martins, que deverá iniciar a comercialização de GNL em breve. O
empreendimento envolve uma planta de liquefação com capacidade de processar 380.000 m3
de gás natural, localizada em Paulínia (SP), ao lado da refinaria da Petrobras, a REPLAN, e o
atendimento de pontos de consumo localizados em um raio de até cerca de 900 quilômetros.
Assim, a Gás Local prevê o atendimento de clientes no interior de São Paulo, norte do Paraná,
sul de Minas Gerais, Goiás e Distrito Federal.
Área de Negócios Internacional (ANI): A Petrobras desenvolve diversas atividades no
exterior, como exploração, compra e venda de petróleo, tecnologias, equipamentos, materiais e
serviços, recrutamento de pessoal especializado, afretamento de navios, apoio em eventos
internacionais, entre outros.
A companhia está associada às maiores empresas de petróleo do mundo, fazendo-se
presente em Angola, Argentina, Bolívia, Colômbia, Cazaquistão, Estados Unidos, Guiné
Equatorial, Nigéria e Trinidad e Tobago.
63
Transporte e Refino
Após a extração dos poços, o petróleo é transferido por oleodutos ou navios petroleiros
até terminais marítimos. Desses portos, o produto é transportados para as refinarias para a
obtenção dos derivados.
A Transpetro (Petrobras Transportes S.A.) é a empresa subsidiária da Petrobras
responsável pelas atividades de transporte e armazenamento.
Distribuição
Nesta etapa, o derivado do petróleo chega até o consumidor. Esta atividade abrange da
aquisição do produto até sua comercialização e controle de qualidade.
A Petrobras Distribuidora é a responsável por prestar esse serviço. A subsidiária conta
com uma rede de mais de sete mil postos, em todo o território nacional.
A maior distribuidora do Brasil está presente em diversos segmentos: automotivo,
marítimo, ferroviário e aviação, com produtos voltados para as mais diferentes aplicações.
64
Conclusões
Nesta monografia buscou-se abordar questões pormenores não apenas nas questões do
óleo diesel como um produto de um desdobramento químico do petróleo, mas também as
razões que o fizeram surgir no mercado industrial de combustíveis, as razões pormenores das
características mecânicas e das suas condições como combustível, apoiado em historicamente
nos fundamentos da geração de energia bem como sua base como combustível no motor de
compressão-diesel.
O motor a diesel, inventado por Rudolf Christian Karl Diesel, e patenteado em 23 de
fevereiro de 1897, como ninguém deu muita importância para o invento na época.
Pós a morte de Rudolf Diesel, engenheiro mecânico alemão nasceu no dia 18 de março
de 1858 em Paris e morreu dia 30 de setembro de 1913, em uma travessia pelo Canal da
Mancha, depois de ter negociado seu invento, morre misteriosamente na viagem,
desaparecendo do navio. Dias mais tarde foi encontrado por outra embarcação em alto mar e
até hoje sua morte não foi esclarecida.
Sua invenção foi considerada o mais importante invento mecânico da história pela
simplicidade do motor com pistões e reação óleo-oxigênio, gerando uma enorme
transformação no setor industrial em que só eram usados sistemas a vapor, a indústria do
petróleo criou um tipo de óleo que denominou de "Óleo Diesel" que, por ser mais barato que
os demais combustíveis, passaram a ser largamente utilizado.
Foi a partir da invenção do motor a diesel, pelo engenheiro francês de origem alemã
Rudolph Christian Carl Diesel (1858-1913) no final do século XIX, que se vislumbrou, pela
primeira vez, a possibilidade de se usar óleos vegetais como combustível. Foi apenas na
primeira década do século passado que o óleo diesel passou a ser produzido a partir do
petróleo.
65
A primeira patente de biodiesel feito com óleo de amendoim e metanol foi depositada no
Japão na década de 1940, seguida de outras três patentes americanas na década de 1950.
Foi esquecido, desta forma, o princípio básico que levou à sua invenção, ou seja, um
motor que funcionasse com óleo vegetal e que pudesse ajudar de forma substancial no
desenvolvimento da agricultura dos diferentes países. A abundância de petróleo aliada aos
baixos custos dos seus derivados fez com que o uso dos óleos vegetais caísse no
esquecimento. Mas os conflitos entre países e o efeito estufa foram elementos que marcaram
de forma definitiva a consciência do Desenvolvimento auto-sustentável pelos ambientalistas.
Dessa maneira, a fixação do homem no campo e o aumento do consumo de combustíveis
fósseis fizeram com que houvesse, mais uma vez, a preocupação com a produção de óleo
vegetal para ser utilizado em motores.
É importante perceber que
- com o grau de flexibilidade de empregos que caracteriza o óleo diesel,
- o domínio da tecnologia dado pelo parque produtivo nacional e mundial,
- a alta escala produtiva existente atual para fornecimento desse produto,
- a diversificação das fontes de matéria-prima para óleo dos motores diesel
proporcionada com o biodiesel
Torna esse derivado de petróleo difícil de ser negligenciado ou substituível, ao menos no
médio prazo, na matriz energética nacional e internacional, especialmente entre a gama da
matriz que envolve os hidrocarbonetos. Conquanto, a popularidade dos motores diesel
facilitará a popularização de uma alternativa ao petróleo, o biodiesel.
66
Bibliografia
Alves, Davidson Willans da Silva. Novas formulações de lubrificantes a partir de óleos
básicos regionais
Corrêa, Vanessa Corlassoli. Destilação reativa - análise de Sensibilidade paramétrica
em colunas de petróleo cru.
Gehling, Raquel. Alternativas à matriz energética brasileira: o caso do biodiesel
Green, Perry. Perry’s Chemical Engineers Handbooks
Goux, Francisco Emílio. Fecombustiveis
Norris Streve, R. e . Brink Jr, Joseph A.. Indústrias de Processos Químicos
Szklo, Alexandre Salem. Fundamentos do Refino de Petróleo
Thomas, Jose Eduardo. Fundamentos da Engenharia de Petróleo