5. detonância de um combustível: (Apostila pág. 96- 109) 1: Número de Octanas



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5. DETONÂNCIA DE UM COMBUSTÍVEL:

(Apostila pág. 96- 109)



5.1: - Número de Octanas:

Os vapores dos hidrocarbonetos, misturados com o ar atmosférico, necessitam de certas condições de temperatura e pressão (ou densidade de mistura) para poderem INICIAR a reação com o oxigênio.

Estas condições não são as mesmas para todos os hidrocarbonetos e o seu estudo é muito importante para os motores de inflamação por faísca.

Nestes motores o início da combustão deve-se dar quando salta a faísca entre os eletrodos da vela, isto é, no ponto previsto para uma dada rotação e carga.

No entanto ao saltar a faísca, a mistura de (vapores de combustível + ar), se encontra em certas condições de temperatura e densidade, que dependem dos seguintes fatores:


  1. Relação de compressão do motor.

  2. Teor combustível/ar.

O poder antidetonante de um combustível é medido pelo NO - número de octanas e o ensaio dos combustíveis é feito em motores, cuja relação de compressão pode ser variada.

Assim, pois, para motores a explosão por faísca usa-se um motor padrão monocilíndrico com taxa de compressão variável, denominado C.F.R. (Cooperative Fuel Research – Método CRC – Coordinating Research Conncil). O motor C.F.R. para gasolinas pode ser observado na figura a seguir:



Motor CFR para medir octanagem de gasolinas

Ficou estabelecido por convenção, que a iso - octana, teria um número de octana igual a 100, e a heptana, teria um número de octanas igual a zero.
A Iso-octana, também é denominada de 2, 2, 4 tri-metil-pentana C8 H18 tem a seguinte forma:



  • A iso–octana, tende a detonar, quando submetida a temperaturas entre 350 e 600oF, (177 e 316oC) e com relações de compressão compreendidas entre 6,5 e 8.

A heptana normal C7H16 tem a seguinte forma:



  • A heptana tende a detonar, quando submetida a temperaturas entre 350 e 600oF, (177 e 316oC) e com relações de compressão compreendidas entre 2 e 4.

  • Por outro lado, o teor combustível/ar também influi. Tomando-se um motor e medindo-se a pressão média efetiva máxima, limitada pela detonação, teremos para a iso – octana, os seguintes valores:




Teor Combustível/Ar

A/C

Pressão média efetiva máxima, limitada pela detonância [lb/pol2]

0,065 (praticamente estequiométrico)

15,38

105

0,080

12,50

125

0,100

10,1

155

0,115 (teor para máxima pressão)

8,69

166

0,120

8,33

164

0,123

8,13

160

A porcentagem em volume de iso-octano, numa mistura dos dois combustíveis de referência é o número de octana deste combustível, assim por exemplo:



  • Uma mistura de 70% de iso-octana e 30% de heptana, em volume, tem um número “índice” de octanas 70.

As características antidetonantes de uma gasolina são obtidas por meio de aditivos como, por exemplo, o chumbo tetra-etila Pb(C2H5)4, a anilina C6H5NH2, ambos venenosos, por isso mais recentemente estão sendo substituídos pelo MTBE (metil terc-butil éter) que é tóxico ou pelo etanol anidro reduzindo a toxicidade.

Utilizando-se aditivos, pode-se obter poder antidetonante superior ao da octana, por isto era normal se ouvir, principalmente na aviação, que gasolinas tinham 120 e até 130 octanas.

Estes motores de avião tinham altas relações de compressão e foram substituídos por turbinas a gás.

O chumbo tetra-etila era o mais econômico dos aditivos antidetonantes, embora o seu uso necessitasse também de outro aditivo, que reaja com o óxido de chumbo formado durante a combustão, formando produtos voláteis. São utilizados sabões de bário.

O óxido de chumbo, não é volátil e pode se depositar nas velas fechando os eletrodos em curto circuito, além do que pode se depositar nas superfícies da câmara de combustão, formando pontos incandescentes, que dão origem à pré-ignição.


  • N
    Nos motores normais K = 0,8 à 1,2 (depende das características da câmara de combustão, principalmente quanto a temperatura e turbulência.)
    a prática:


5.2: - Número de Cetanas:

Nos motores de combustão por compressão é muito importante saber a temperatura de autoignição dos hidrocarbonetos, a qual diminui com o aumento do número de carbonos na sua molécula.

Assim como para o poder antidetonante, temos o número de octanas, para medir as qualidades de autoignição, temos o Número de Cetana, determinado no ensaio com o motor C.F.R., conforme a figura a seguir:

Motor CFR para medir cetanagem de Diesel


O Número de Cetanas NC também é obtido com base nos padrões limites para a comparação:

  • Limite Superior: Cetana = hexadecana = C16H34. Convencionou-se atribuir para a cetana o valor cem

  • Limite Inferior: -metil-naftaleno = C10H7CH3. Convencionou-se atribuir o valor zero



Atualmente usa-se como padrão inferior o heptametilnonano (C16 H34), com No de cetano = 15, substituindo o -metil-naftaleno.

A qualidade de ignição é medida em termos de retardamento, ou seja, o tempo entre o começo da injeção e o aparecimento de uma apreciável elevação da pressão.

O NC - no de cetana, também é medido num motor CFR e cresce em sentido contrário ao no de octana, isto é, quanto maior o NC de um combustível, tanto menor é o seu NO. Para aumentar o NC também são utilizados aditivos que normalmente são explosivos fracos, que funcionam como pontos de inicio de combustão, quando explodem a temperaturas relativamente baixas.
5.3: - Requisitos fundamentais de um óleo combustível:


  1. Características de Detonância: - Um bom óleo combustível deve ter um pequeno atraso na ignição e ter uma baixa temperatura de auto-ignição (NC elevado).

  2. Características de Partida: - Deve ser suficientemente volátil mantendo um NC elevado.

  3. Fumaça e Cheiro: - Não devem aparecer nos gases de escape.

  4. Corrosão e Desgaste: - Não devem ser provocados pelo combustível e são diretamente relacionados com as cinzas e o teor de enxofre.

  5. Manuseio: - Deve fluir facilmente através de tubos e recipientes.


5.4: - Especificações para um óleo combustível:

    • Viscosidade  alta viscosidade, dificulta a combustão.

    • Enxofre  desgaste e corrosão.

    • Carvão  depósitos (carbono Conradson).

    • Cinzas  abrasividade do combustível.

    • Água e sedimentos  abrasividade e oxidação das peças dos sistemas de injeção.

    • Poder Calorífico.

    • Curva de Destilação.

    • N0 de Octanas.

    • No de Cetanas.

    • Pressão de Vapor.

5.5: - Uso de etanol em motores Diesel:

Para se utilizar etanol em motores Diesel, entre outras coisas, deve-se aditiva-lo com um composto químico que lhe proporcione as condições de auto-ignição por compressão.

Um exemplo disto é o uso de DNTEG - di-nitrato de tri-etileno-glicol, (produzido pela BRITANITE) e que comercialmente recebe o nome de “Britadit”. A porcentagem de DNTEG varia de 4 a 5% e ainda é adicionado 1% de óleo de mamona, para lubrificação do sistema de injeção e um inibidor de corrosão 0,025% MAXLUB.

Na Suécia, a SCANIA vem utilizando álcool em seus motores Diesel, para isto eleva a relação de compressão para valores da ordem de 28/1, usando aditivo BERAID – 3540 produzido pela AKZO NOBEL.






Pág. 120-124 (originais) Revisão: 22/05/17


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