Combustíveis Líquidos
Os combustíveis líquidos utilizados para geração de energia são:
- diesel;
- óleo combustível;
- petróleo cru;
- biodiesel.
Os três primeiros são derivados de petróleo.
O diesel é utilizado em geração de emergência e de ponta enquanto o óleo combustível é utilizado na geração de base em determinados sistemas.
Por sua vez, o óleo cru é utilizado apenas em aplicações especiais, como oleodutos.
Finalmente, o biodiesel começou a ser utilizado recentemente mas ainda depende de incentivos para ser viável.
Diesel
O diesel é um composto de hidrocarbonetos saturados (parafínicos e naftênicos) e aromáticos. A composição relativa depende do processo de fabricação e da qualidade do petróleo bruto utilizado.
Além do poder calorífico, comum a todos os combustíveis, as seguintes propriedades são importantes na utilização deste produto:
- Número de Cetano;
- Densidade;
- Viscosidade;
- Propriedades em baixa temperatura;
- Conteúdo de enxofre;
- Conteúdo Aromáticos;
- Volatilidade;
- Ponto de fulgor.
As características normalizadas pela ANP do diesel a ser utilizado no país encontra-se na Tabela.
Número de Cetano
O número de Cetano -NC, assim como o número de Metano e de Octano, é uma medida da qualidade da ignição do diesel.
Quanto maior o número de Cetano menor será o atraso da ignição do combustível por compressão.
Assim como nos outros casos, este número está relacionado com a composição química do combustível.
O valor máximo de 100 do número de Cetano corresponde ao Cetano (n-hexadecano) e o valor mínimo de 0 ao 1Metilnaftaleno - 1MN.
O número de Cetano corresponde à percentagem de Cetano misturada com o 1MN que produz as mesmas características de ignição do diesel real.
Por razões práticas, o 1MN foi substituído por outro elemento, o heptametilnonane - HM, ao qual foi atribuído o valor de 15. Desta forma, o número de Cetano é definido da seguinte maneira:
Temperatura de Auto Ignição
A temperatura de auto ignição é definida como sendo a temperatura mais baixa em que ocorre a auto-ignição sem a presença de centelha ou chama.
A auto-ignição inicia-se em elevadas temperaturas quando o oxigênio do ar pode começar a interagir com os hidrocarbonetos e provocar uma oxidação exotérmica.
A Tabela em anexo apresenta o número de Cetano e a temperatura de ignição para diversas substâncias.
Observa-se que o Cetano apresenta a menor temperatura de auto-ignição e o menor atraso de ignição. Em função disso, ele é o mais indicado para operar em motores diesel.
Por outro lado, o 1MN possui elevada temperatura de ignição e elevado atraso de ignição.
Portanto, um número aceitável de Cetano indica um combustível adequado para motores diesel.
Valores baixos de Número de Cetano acarretam em elevado atraso de ignição, que provoca uma grande explosão simultânea nos cilindros, elevada variação de pressão e detonação.
Número de Cetano elevado acarreta em explosão parcial e prematura, que reduz a potência da máquina e aumenta as emissões.
Contudo, como é difícil obter diesel com elevado Número de Cetano, as normas estabelecem apenas valores mínimos.
Número de Cetano deve ser superior a 50.
Valores abaixo de 40 são inaceitáveis e entre 45 e 50 são indesejáveis. A norma ANP brasileira estabelece o valor mínimo de 42 e 46 para este número.
Isto comprova que os combustíveis brasileiros apresentam qualidade inferior à qualidade internacional.
Índice de Cetano
O índice de Cetano é um valor calculado baseado da densidade e volatilidade.
Este índice é uma boa aproximação do número de Cetano, que é de mais difícil medição.
Onde:
- T10, T50 e T90 são as temperaturas de recuperação, em graus centígrados, para 10%, 50% e 90% de acordo com a curva de destilação, corrigida para a pressão atmosférica padrão.
A constante B é dada por:
Onde:
- D é a densidade em kg/l @ 15°C
Densidade
A densidade é definida como sendo a massa por unidade de volume à determinada temperatura.
Este parâmetro é muito importante porque, como a medição de volume é mais simples do que a medição de massa, a maioria dos sistemas e a comercialização utilizam o volume e não a massa.
Estabelece-se limites para a densidade máxima do diesel para evitar a formação de fumaça na combustão e facilitar a separação do diesel da água.
A norma Brasileira limita a densidade a 880 kg/m3 @ 20°C, superior ao limite internacional de 880 kg/m3 @ 15°C.
O Instituto Americano de Petróleo utiliza uma unidade especial denominada de grau API, que é definida por:
Esta unidade é inversamente proporcional à densidade, sendo o grau API da água é igual a 10° e o do diesel entre 33° e 45°.
Por isso, ela é útil para a medição da densidade de líquidos mais leves do que a água.
A Tabela abaixo apresenta a densidade do diesel obtido por distintos processos. Observa-se que o uso do craqueamento aumenta a densidade do produto.
| Produto | Densidade |
| Destilado direto | 805 a 870 g/l |
| Diesel Craqueado | 815 a 840 g/l |
| Diesel Termocraqueado | 835 a 875 g/l |
| Diesel Craqueado catalicamente | 930 a 965 g/l |
Viscosidade
A viscosidade é uma medida da força de atrito do fluido em movimento.
Quanto maior a viscosidade maior a resistência ao fluxo.
A unidade de viscosidade é o poise, definida como sendo a força necessária para mover um fluido a uma velocidade de 1 cm/s através de 1 cm2.
A viscosidade cinemática é definida como sendo a viscosidade dividida pela densidade, tem como unidade o Stoke(St) e dimensão de cm2/s. Normalmente utiliza-se o submúltiplo centstoke(cSt), que no sistema SI é expresso em mm2/s.
A viscosidade do diesel internacionalmente encontra-se entre 2 e 4 mm2/s @ 40°C enquanto no Brasil a ANP estabelece a faixa entre 2 e 5 mm2/s @ 40°C.
O excesso de viscosidade é prejudicial porque reduz a potência do motor. Por outro lado, viscosidades muito baixas reduzem a lubrificação do sistema e produzem vazamentos.
Ponto de Fulgor
Ponto de Fulgor é a menor temperatura que o combustível deve ser aquecido para vaporizar o combustível e manter a combustão iniciada for uma fonte externa.