Análise comparativa do desempenho de motores de combustão interna quando utilizam biocombustíveis

Tese de Doutoramento em Engenharia Mecânica, na especialidade de Aerodinâmica, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra para obtenção do grau de Doutor, orientada pelo Prof. Doutor Manuel Carlos Gameiro da Silva.Considerando as atuais circunstâncias de dependência energética relativamente ao petróleo, com implicações claras para a sociedade ao nível económico, energético e ambiental e acentuadas no setor dos transportes pela dificuldade em encontrar soluções evidentes, foi elaborado um estudo para avaliar os impactos da utilização de biocombustíveis em motores de combustão interna. A importância do presente trabalho é justificada pela tendência crescente da utilização de biodiesel, quer em Portugal, quer nos outros países europeus. De facto, nas atuais circunstâncias, esta é uma solução efetiva, surgindo com a capacidade de substituir em parte aquele que é o combustível mais utilizado pelos transportes rodoviários em Portugal, o gasóleo. No presente estudo, de cariz essencialmente experimental, utilizou-se um banco de ensaios de motores com um dinamómetro hidráulico, um banco de rolos e ensaios em estrada. Através destas metodologias avaliou-se a forma como a utilização de biodiesel em motores de veículos afeta o consumo, o desempenho e as emissões desses mesmos veículos. Foram consideradas motorizações de veículos ligeiros e pesados, tendo sido realizados estudos comparativos dos resultados de laboratório com os obtidos em estrada, nas condições reais de utilização dos veículos. Relativamente aos veículos pesados, foi feita a análise de dados de uma frota de veículos de transporte de passageiros e a avaliação do comportamento de um motor Volvo de 6 cilindros em banco de ensaios, considerando-se a utilização de diversos combustíveis constituídos por diferentes proporções de biodiesel e gasóleo. No caso dos veículos ligeiros, foi elaborada e implementada uma nova metodologia de ensaios em estrada, considerando a utilização simultânea de dois veículos similares, abastecidos por combustíveis diferentes (B0 e B20). Estes resultados foram comparados com os dados obtidos pelos mesmos veículos no banco de rolos e com os resultados de ensaios de um motor VW 1.9 TDI no banco de ensaios de motores. Concluiu-se que o impacto da utilização de biodiesel em substituição de gasóleo, principalmente quando se considera a utilização de incorporações até 20% de biodiesel, não é significativo ao nível energético. Pode-se admitir uma justificação em termos ambientais, pela redução de emissão de gases com efeito de estufa devido ao caráter renovável do biodiesel e em termos económicos pela diminuição da dependência de petróleo e eventual criação de emprego e riqueza interna. Em termos do consumo de combustível, não é absolutamente claro que a utilização de biodiesel implique um aumento desse consumo pelo facto de possuir menor conteúdo energético por litro de combustível. Atendendo aos dados obtidos, para determinadas situações ocorre um aumento da eficiência energética com a utilização de biodiesel em pequenas proporções de incorporação no gasóleo, sendo verificado que a utilização de um combustível com menor quantidade de energia pode permitir uma maior disponibilidade energética. É também claro que em função do comportamento dos motores quando sujeitos a diferentes tipos de exigência, correspondente a diferentes tipologias de percurso, ocorre uma distinta avaliação em termos de consumo e emissões de NOx, quando o motor é abastecido com uma mistura de biodiesel em gasóleo. O trabalho realizado permitiu estabelecer metodologias de ensaios, aumentando a fiabilidade na avaliação comparativa da utilização de distintos combustíveis em sistemas de propulsão de veículos automóveis