gnv - tecnologia, utilização e cenário
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Universidade Petrobras – Maio 2007
Utilização de Gás Natural em Motores e Cenário do Uso no Brasil
Guilherme B. Machado – PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPMTadeu C. Cordeiro de Melo – PETROBRAS/CENPES/PDAB/DPMLuiz Fernando Martins Lastres – PETROBRAS/CENPES/PDAB/LPE
Sumário da ApresentaçãoSumário da Apresentação
Propriedades e características do gás natural
GNV em veículos leves
GNV em veículos pesados
Composição Típica do Gás Natural
• 88% Metano• 9% Etano• 1% Propano• 2% Frações mais pesadas e gases inertes
Poder Calorífico Superior = 9.500 Kcal/ m3
Densidade Relativa ao Ar = 0,623
Propriedades e características do gás naturalPropriedades e características do gás natural
Características da Combustão de Gás Natural em Motores
Maior Relação Hidrogênio / Carbono– Queima mais limpa;– Menor formação de depósitos;– Menor desgaste do motor.
Estado Gasoso nas Condições Normais– Carburação mais simples;– Distribuição homogênea para os cilindros;– Partida a frio mais fácil.
Característica Anti-detonante– Taxas de compressão mais elevada.
Propriedades e características do gás naturalPropriedades e características do gás natural
Número de Metano
100 (Metano)
34 (Propano)
0 (Hidrogênio)
Característica calculada com base na composição do gás que determina a tendência a DETONAÇÃO
O propano (C3 H8 ) detona sob as mesmas condições de teste que uma mistura de 34% de metano com 66% de hidrogênio detonaria
Cálculos: “Paper Avl” com gráficos de misturas ternárias“Software” Petrobras“Software” Avl
Propriedades e características do gás naturalPropriedades e características do gás natural
Número de Metano
Propriedades e características do gás naturalPropriedades e características do gás natural
Número de Metano X Octanagem equivalente
Propriedades e características do gás naturalPropriedades e características do gás natural
Composição amostrada RJ -Cromatografia:
• 90,40% Metano• 7,51% Etano• 1,11% Propano• 0,03% Butano• 0,56% Nitrogênio• 0,39% Gás Carbônico
Número de Metano = 79,3 (Método da AVL)
MON equivalente = 126,1 (Método GRI, MON=0,679XMN+72,3)
MON mínimo especificado gasolina = 82
Índice Wobbe
IW = hvo √ ρ , onde: √ ρ0
IW = Índice Wobbe a 0 ºC, MJ/ m3
hvo = Poder Calorífico Superior do Gás a 0 ºC, MJ/ m3
ρ = Densidade do ar a 0 ºC, Kg/ m3
ρ0 = Densidade do gás a 0 ºC, Kg/ m3
Em um venturi, onde a relação ar / combustível é mantida constante, a vazão da energia é proporcional ao Índice Wobbe. Desse modo o IW permite prever o desempenho de um gás em um dado motor.
Propriedades e características do gás naturalPropriedades e características do gás natural
Aspectos de SegurançaLimite de inflamabilidade da mistura ar + gás - 6,5 a 17% de gás natural no ar. GLP(Propano – 2,1 a 9,5%, Butano – 1,9 a 8,5%)
Temperatura de auto-ignição = 650 ºC. GLP (Propano - 466° C, Butano - 405°C)
Densidade – 0,60 a 0,81 @20°C. Mais leve que o ar e havendo vazamento, se dispersa. GLP (Propano – 1,56, Butano – 2,05)
Toxidez – Não é tóxico em baixas concentrações. Em concentrações altas pode causar vômitos e asfixia
Precauções – Odorização para que uma concentração de 0,5% seja detectada
Propriedades e características do gás naturalPropriedades e características do gás natural
Sumário da ApresentaçãoSumário da Apresentação
Propriedades e características do gás natural
GNV em veículos leves
GNV em veículos pesados
Introdução
Fatores responsáveis pelo crescimento da frota de veículos a GNV
Motores do ciclo Otto
Tecnologia dos kits de conversão
Legislações atuais e futuras
Ensaios de emissões em veículos a GNV
Novas tecnologias automotivas
Conclusão
GNV em veículos levesGNV em veículos levesSumárioSumário
Disponibilidade de GNV no país e elevada diferençade preços dos combustíveis
Desenvolvimento dos kitsde conversão para veículos
leves a GNV
INMETROPadronização da
instalação e dos itens de segurança do kit
Em 1996 – liberado uso do GNV para frota.
Rápido crescimento (740.000 veículos em 2002)
IBAMA• Preocupação ambiental
• Limites de emissões
RESOLUÇÃO CONAMAnº 291 (04/2002)
RESOLUÇÃO CONAMAnº 315 (29/10/2002)
GNV em veículos levesGNV em veículos levesINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
OBS: FROTA EM 2006 DE 1 MILHÃO E 200 MIL VEÍCULOS
(2ª maior do mundo)
Introdução
Fatores responsáveis pelo crescimento da frota de veículos a GNV
Motores do ciclo Otto
Tecnologia dos kits de conversão
Legislações atuais e futuras
Ensaios de emissões em veículos a GNV
Novas tecnologias automotivas
Conclusão
GNV em veículos levesGNV em veículos levesSumárioSumário
Aumento do preço do barril de petróleo;
Diferencial de preço atrativo;
Padronização da instalação e dos componentes dos kits de conversão;
Incentivos fiscais nas licenças dos veículos;
Oferta de gás natural no Brasil;
Aumento da malha dutoviária;
Aumento da rede de distribuição de GNV em território nacional;
Especificação do GNV (Portaria ANP nº 104/2002).
GNV em veículos levesGNV em veículos levesFatores que levaram ao crescimento da frotaFatores que levaram ao crescimento da frota
Introdução
Fatores responsáveis pelo crescimento da frota de veículos a GNV
Motores do ciclo Otto a gás natural
Tecnologia dos kits de conversão
Legislações atuais e futuras
Ensaios de emissões em veículos a GNV
Novas tecnologias automotivas
Conclusão
GNV em veículos levesGNV em veículos levesSumárioSumário
GNV em veículos leves Motores Otto à gás natural
O funcionamento de um motor de ignição por centelha com combustíveis líquidos ou gasosos se dá de forma análoga
Características particulares do uso de gás em motores de ignição por centelha:
a) Resfriamento do sistema de admissão e da câmara de combustão:
Combustíveis líquidos – Transferência de calor do carburador e do coletor de admissão para vaporizar o combustível
Combustíveis gasosos – não há remoção do calor
O Sistema de arrefecimento deve estar limpo e em perfeito funcionamento
Características particulares do uso de gás em motores de ignição por centelha (cont.):
b) O gás admitido ocupa um volume maior se comparado aos combustíveis líquidos.
Perda de potência da ordem de 10%
c) Mistura ar + gás ioniza menos o ambiente.
Sistema de Ignição em boas condições de uso
d) Combustão gera pequena formação de carbono
Menores taxas de desgaste do que com combustíveis líquidos
GNV em veículos leves Motores Otto à gás natural
Características particulares do uso de gás em motores de ignição por centelha (cont.):
e) O óleo lubrificante não é contaminado por resíduos de fuligem nem sofre diluição
Período de troca pode ser aumentado com base em acompanhamento laboratorial
f) O gás natural possui um elevado poder anti-detonante possibilitando a obtenção de maiores rendimentos sem detonação
Conversão de motores à álcool, flexfuel e emprego de dispositivo de avanço automático
GNV em veículos leves Motores Otto à gás natural
Características particulares do uso de gás em motores de ignição por centelha (cont.):
g) Emissões – Ausência de enxofre e tendências de menores emissões de CO (combustível não queimado), CO2 e NMHC. Tendências de maiores emissões de NOx e CH4 não queimadoOBS: Motores convertidos: a depender do nível tecnológico da conversão
Implantação efetiva da Resolução CONAMA 291
Motores Otto à gás natural
Introdução
Fatores responsáveis pelo crescimento da frota de veículos a GNV
Motores do ciclo Otto a gás natural
Tecnologia dos kits de conversão
Legislações atuais e futuras
Ensaios de emissões em veículos a GNV
Novas tecnologias automotivas
Conclusão
GNV em veículos levesGNV em veículos levesSumárioSumário
Kit de conversão Veículos Características Valor
(UU$)
1ª geraçãoCarburados (mecânico e eletrônico)
Acionamento pneumático para a liberação do fluxo de gás;Regulagem mecânica e manual da vazão do gás, com chave comutadora de três estágios.
780.00
2ª geraçãoCarburados ou com injeção
eletrônica
Alimentação do gás através de um mesclador;Possuem emuladores de bicos injetores e de sonda lambda. 975.00
3ª geração
Injeção eletrônica multiponto
Controle eletrônico da vazão da mistura GNV+ar em função da sonda lambda, rotação e carga do motor;Acionamento eletrônico da alimentação por um motor de passo.
1,300.00
4ª geração
Injeção de gás por bicos injetores de forma paralela no coletor de admissão;Redutor de pressão de dois estágios;Eliminação da ocorrência do retorno de chama.
1,700.00
5ª geração
Injeção de gás por bicos injetores de forma seqüencial no coletor de admissão;Redutor de pressão de dois estágios;Eliminação da ocorrência do retorno de chama;Menor comprometimento de desempenho do motor.
2,000.00
EVOLUÇÃO
GNV em veículos levesGNV em veículos levesTecnologia dos kits de conversãoTecnologia dos kits de conversão
- Os kits de 1ª e 2ª geração, apesar de não atenderem aos limites de emissões de poluentes, são os mais utilizados nas conversões de veículos automotores para GNV;- Os kits de 3ª geração podem atender PROCONVE fase 3;- Os kits de 4ª e 5ª gerações podem atender PROCONVE fase 4.
Componentes de um kit de conversão (1ª e 2ª Gerações)
Mesclador8
Regulador de pressão7
Manômetro6
Válvula de abastecimento5
Tubulação de gás de alta pressão4
Chave comutadora3
Cilindro de armazenamento2
Válvula de Cilindro1
Eletroválvula de gasolina Emulador de
sonda Lambda
US$ 975.00
GNV em veículos levesGNV em veículos levesTecnologia dos kits de conversãoTecnologia dos kits de conversão
Introdução
Fatores responsáveis pelo crescimento da frota de veículos a GNV
Motores do ciclo Otto a gás natural
Tecnologia dos kits de conversão
Legislações atuais e futuras
Ensaios de emissões em veículos a GNV
Novas tecnologias automotivas
Conclusão
GNV em veículos levesGNV em veículos levesSumárioSumário
Portaria ANP 104: A resolução ANP 104 – regulamenta a especificação para o GNV (2002). No caso do gás da região Norte (URUCU), a ANP publicou em 2005 portaria autorizando uso em projeto experimental na cidade de Manaus por 30 meses(elevado teor de N2 e baixo teor de CH4)
GNV em veículos levesGNV em veículos levesLegislações atuais e futurasLegislações atuais e futuras
Limite
Carcterística Unidade Norte Nordeste Sul, Sudeste e Centro-Oeste
Poder Calorífico SuperiorkJ/m3 34.000 a 38.400 35.000 a 42.000
kWh/m3 9,47 a 10,67 9,72 a 11,67
Índice de Wobbe kJ/m3 40.500 a 45.000 46.500 a 52.500
Metano, min. % vol. 68,0 86,0
Etano, máx. % vol. 12,0 10,0
Propano, máx. % vol. 3,0
Butano e mais pesados, máx. % vol. 1,5
Oxigênio, máx. % vol. 0,8 0,5
Hidrogênio % vol. Anotar
Inertes (N2 + CO2), máx. % vol. 18,0 5,0 4,0
Nitrogênio, máx. % vol. Anotar 2,0
Enxofre total, máx. mg/m3 70
Gás Sulfídrico (H2 S), máx. mg/m3 10,0 15,0 10,0
Ponto de Orvalho de Água a 1 atm, máx. °C - 39 - 39 - 45
Hidrocarbonetos Líquidos mg/m3 Anotar
Resolução Conama nº 291: - Emissão do Certificado Ambiental para Uso do Gás Natural em Veículos Automotores – CAGN, pelo IBAMA com validade anual; - Inclui o Modelo de Kit / Tipo de Motorização / Combustível;Homologação por faixa de motorização: Classe A: até 1000 cc; Classe B: de 1000 a 1500 cc; Classe C: de 1500 a 2000 cc; Classe D: de 2000 a 2500 cc e Classe E: acima de 2500 cc
• Os níveis de emissões de CO, NOx , HC emitidos por veículos convertidos para GNV devem ser iguais ou inferiores aos medidos com o combustível original.
Limites de Emissões de poluentesCONAMA nº 291
Data CO(g/km)
HC(g/km)
NOx(g/km)
HCO(g/km)
PROCONVE L-3 01/01/1997 2,0 0,3 0,6 0,03
GNV em veículos levesGNV em veículos levesLegislações atuais e futurasLegislações atuais e futuras
Limites de Emissões de poluentes – CONAMA nº 315
Data CO(g/km)
THC*(g/km)
NMHC(g/km)
NOx(g/km)
HCO**(g/km)
PROCONVE L-4 01/01/2007 2,0 0,30 0,16 0,25 0,03
PROCONVE L-5 01/01/2009 2,0 0,30 0,05 0,12 0,02
* Somente para veículos a gás natural ** Exceto para veículos a gás natural
• Dispõe sobre as novas etapas do Programa de Emissões Veiculares – PROCONVE.
Resolução Conama nº 315:
GNV em veículos levesGNV em veículos levesLegislações atuais e futurasLegislações atuais e futuras
Introdução
Fatores responsáveis pelo crescimento da frota de veículos a GNV
Motores do ciclo Otto a gás natural
Tecnologia dos kits de conversão
Legislações atuais e futuras
Ensaios de emissões em veículos a GNV
Novas tecnologias automotivas
Conclusão
GNV em veículos levesGNV em veículos levesSumárioSumário
Os resultados apresentados na tabela a seguir foram obtidos a partir de testes, realizados pela PETROBRAS, para avaliação de emissões veiculares em veículos leves convertidos a GNV, segundo a norma ABNT-NBR 6601. Foi utilizado um kit de 3ª geração.
Veículo THC (g/km) CO (g/km) NOx (g/km) CO2 (g/km)
1.0 - 1999 -Gasolina 0,11 0,38 0,31 189,9
1.0 - 1999 -GNV RJ 0,25 0,25 0,34 136,91
1.8 - 2002 - Álcool 0,09 0,96 0,07 188,02
1.8 - 2002 - GNV RJ 0,24 1,23 0,02 154,60
Para atender ao PROCONVE L-3, foram feitos diversos ajustes nos componentes do kit, uma vez que os ajustes originais provenientes da convertedora não permitiam o atendimento aos limites.
GNV em veículos levesGNV em veículos levesEnsaios de emissõesEnsaios de emissões
Veículo sendo ensaiado no CENPESVeículo sendo ensaiado no CENPES
Veículo 1.8 - 2003
Computador utilizado no ajuste do motor de passo
GNV em veículos levesGNV em veículos levesEnsaios de emissõesEnsaios de emissões
Veículo 1.0 - 1999
Veículo sendo ensaiado no CENPES
GNV em veículos levesGNV em veículos levesEnsaios de emissõesEnsaios de emissões
Introdução
Fatores responsáveis pelo crescimento da frota de veículos a GNV
Motores do ciclo Otto a gás natural
Tecnologia dos kits de conversão
Legislações atuais e futuras
Ensaios de emissões em veículos a GNV
Novas tecnologias automotivas
Conclusão
GNV em veículos levesGNV em veículos levesSumárioSumário
Sistema OBD – On Board Diagnosis
Veículos a GNV da montadora
Veículos tri e tetra-fuel
GNV em veículos levesGNV em veículos levesNovas tecnologias automotivasNovas tecnologias automotivas
Sistema eletrônico, composto de um conjunto de sensores e de um software, instalado a bordo do veículo e conectado ao módulo eletrônico de controle, que visa:
Identificar deteriorização ou mau funcionamento de componentes do sistema de controle de emissões;Alertar ao usuário do veículo para proceder à manutenção ou
reparo do sistema de controle de emissões;
Armazenar e prover acesso às ocorrências de defeitos e ou desregulagens no sistema de controle;
Implementação da tecnologia nos veículos leves para fins de inspeção veicular prevista para 2007;
IMPACTO: pode encarecer o custo da conversão (desenvolvimento de novos componentes), em função das dificuldades na interligação do kit ao módulo dos veículos sem que haja geração de erros.
Sistema OBD – On Board Diagnosis:
GNV em veículos levesGNV em veículos levesNovas tecnologias automotivasNovas tecnologias automotivas
Não há previsão no Brasil de se fabricar veículos leves exclusivamente a GNV;
Tende a apresentar um melhor resultado de emissões;
Veículo sai da montadora com motor e chassis preparado para o uso de GNV, sendo a conversão feita em concessionárias autorizadas. O custo ~ R$ 3.100,00
Veículos a GNV da montadora:
GNV em veículos levesGNV em veículos levesNovas tecnologias automotivasNovas tecnologias automotivas
Equipados com tecnologia multicombustível que permite ao motor trabalhar com álcool e/ou gasolina ou GNV, utilizando uma mesma unidade de gerenciamento;
Ao optar por GNV, o sistema bloqueia automaticamente a alimentação por combustível líquido;
O chaveamento dos combustíveis é controlado por sistema eletrônico que ajusta o funcionamento do motor de forma otimizada quanto a consumo, desempenho e emissões de poluentes;
Pode ser equipado com turbocompressor no motor, que pode, de acordo com as montadoras, garantir um ganho de até 50% de rendimento com GNV.
Veículos tri e tetra-fuel:
SIENNA TETRA-FUEL: E0, E22, E100 E GNV.
Lançado em Julho de 2006 - Roda preferencialmente em GNV. Quando necessita de mais potência injeta gasolina automaticamente.
GNV em veículos levesGNV em veículos levesNovas tecnologias automotivasNovas tecnologias automotivas
Introdução
Fatores responsáveis pelo crescimento da frota de veículos a GNV
Motores do ciclo Otto a gás natural
Tecnologia dos kits de conversão
Legislações atuais e futuras
Ensaios de emissões em veículos a GNV
Novas tecnologias automotivas
Conclusão
GNV em veículos levesGNV em veículos levesSumárioSumário
Entre os desafios desse mercado destacam-se o equacionamento de questões relacionadas à oferta de gás no mercado interno e o pleno atendimento da atual legislação 291, uma vez que os ajustes de homologação dificilmente são levados para as oficinas convertedoras. Também são comercializados kits de 1 e 2ª geração e também kits de 3ª geração sem CAGN;
Rio de Janeiro – liminar desobriga o atendimento da legislação ambiental 291, levando ao uso de um grande número de kits de 1ª e 2ª geração, dessa forma poluindo mais;
Em 2007, com os novos limites de NOx, será necessário o uso de kits de 4 e 5ª geração de custo mais elevado;
A entrada de novas tecnologias automotivas, poderá acarretar em uma mudança de configuração dos kits, implicando no desenvolvimento de novos componentes;
Calibrações com mão-de-obra mais especializada e equipamentos sofisticados serão necessárias para garantir aos kits desempenho, consumo e emissões adequadas;
Caso nenhuma das recomendações anteriores seja atendida por parte dos convertedores e caso os órgãos governamentais exerçam uma fiscalização rigorosa, a frota de veículos a GNV no Brasil pode ser reduzida. O Controle de emissões é fundamental para o crescimento sustentado do mercado de GNV – Atenção deve ser data ao equacionamento de custos.
GNV em veículos leves GNV em veículos leves ConclusãoConclusão
Sumário da ApresentaçãoSumário da Apresentação
Propriedades e características do gás natural
GNV em veículos leves
GNV em veículos pesados
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesados
Introdução
Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica)
“Ottolização”
Diesel-gás
Considerações sobre emissões
Conclusões
Aplicação do GNV
Transporte público - ônibus urbanos
Brasil – ainda é incipiente
Existe em diversas cidades do mundo
Três rotas tecnológicas existentes:
Motor Otto a GNV original de fábrica“Ottolização”
Diesel-gás
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosIntroduçãoIntrodução
Introdução
Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica)
“Ottolização”
Diesel-gás
Considerações sobre emissões
Conclusões
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosSumárioSumário
Conceitos
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto
Desafios tecnológicos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosMotor do ciclo Otto dedicadoMotor do ciclo Otto dedicado
ConceitosConceitos
Motor a gás do Ciclo Otto
Princípio idêntico ao motor a gasolina
Taxa de compressão mais baixa em
relação ao ciclo Diesel
Combustão pré- misturada
Desenvolvimento de motores dedicados:
dois enfoques
Motores de mistura pobre
Motores estequiométricos
Menor eficiência, o que não significa menor
desempenho
Maior consumo
Vantagens: Motores OEM, melhor compromisso entre desempenho consumo e emissões, baixo nível de ruído.Desvantagens: Preço do veículo, baixa flexibilidade, uma montadora com veículo Euro II (Produção parou em Dez. 2006).
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosMotor do ciclo Otto dedicadoMotor do ciclo Otto dedicado
Conceitos
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto
Desafios tecnológicos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosMotor do ciclo Otto dedicadoMotor do ciclo Otto dedicado
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto --BrasilBrasilExperiências passadas (80 e 90)
- Motor sem gerenciamento eletrônico;
- Consumo: 1,7 km/m3 (sem Ar Cond.).
Experiências atuais- Motor com gerenciamento eletrônico; - Consumo: 1,8 km/m3 (Ar Cond.);- Desempenho totalmente compatível.
Consumo médio Diesel- Consumo: 2,35 km/l (Ar Cond.).
Poder Calorífico GNV x Diesel- 1m3 GNV equivalente 1litro
Diesel.
Eficiência energética- Ciclo Diesel > Ciclo Otto (23%).
Preço dos combustíveis- Deve compensar diferença de
eficiências.
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosMotor do ciclo Otto dedicadoMotor do ciclo Otto dedicado
Ônibus urbanos a GNV – Panorama mundial
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto Experiências com o ônibus a gás do Ciclo Otto -- MundoMundo
O Brasil possui uma frota de 95.000 ônibus, dos quais 35.000 circulam em cidades com disponibilidade de gás natural
País Frota Total Frota GNV Correspondência (%)
Estados Unidos 75.800 9.745 12,9Itália 9.800 2.300 23,5Austrália 8.600 1.830 21,3China 100.000 1.600 1,6França 6.800 1.100 16,2Grécia 1.500 300 20Espanha 1.958 125 6,4
Fonte: Petrobras
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosMotor do ciclo Otto dedicadoMotor do ciclo Otto dedicado
MERCEDES-BENZ M447hLAG• 6 cilindros, 12 litros;• 250 e 326 cv• 1050 e 1250 Nm (1000 a 1400 rpm);• Ciclo Otto com turbocooler, lean burn;• Recentemente certificado para limites EEV (mais rigoroso que o Euro V);• Catalisador de oxidação;• Caminhões, Ônibus, Articulados;• Produzido no Brasil e exportado para Europa. MERCEDES-BENZ M366LAG
6 cilindros, 6 litros;• 231 cv a 2600 rpm;• 720 Nm a 1560 rpm;• Ciclo Otto com turbocooler, lean burn;• Atende CONAMA P4_Euro II com valores bem mais baixos que os limites; potencial para superar EEV e EPA 2004;• Sem catalisador;• Caminhões, Ônibus;• Produzido no Brasil para o Mercado brasileiro.
Motores Otto - Daimler Chrysler
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosMotor do ciclo Otto dedicadoMotor do ciclo Otto dedicado
L GAS PLUS
L GAS PLUS• 320 cv;•1356 Nm;• CNG/LNG;• Atende U.S. EPA 2005, Euro V;• Caminhões, Ônibus e Articulados.
B GAS PLUS E B GAS PLUS INTERNATIONAL
• 195 a 230 cv;• 570 a 678 Nm a 1600 rpm;• CNG/LNG;• Atende U.S. EPA 2004, Euro III;• Caminhões, Ônibus, Vans, Pick ups;• Possui versão internacional desenhada para montagem local na China, Índia e Europa (150 a 230 cv).• Possui versão a LPG (propano líquido) 195 cv.
C GAS PLUS• 250 - 280 cv;• 895 e 1152 Nm (1400 rpm);• CNG/LNG;• Atende U.S. EPA 2004, Euro III;• Caminhões e Ônibus.
Motores Otto - Cummins Westport
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosMotor do ciclo Otto dedicadoMotor do ciclo Otto dedicado
Conceitos
Experiências com o ônibus a gás do Ciclo OTTO
Desafios tecnológicos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosMotor do ciclo Otto dedicadoMotor do ciclo Otto dedicado
Desafios tecnológicos para o BrasilDesafios tecnológicos para o Brasil
Priorização dos fabricantes
Treinamento para técnicos das
concessionárias e operadoras
Melhoria da assistência técnica
Política estruturada para a substituição do Diesel pelo GNV em ônibus urbanos
Limites de emissões Euro III e Euro IV
Novos fabricantes no mercado
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosMotor do ciclo Otto dedicadoMotor do ciclo Otto dedicado
Introdução
Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica)
“Ottolização”
Diesel-gás
Considerações sobre emissões
Conclusões
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosSumárioSumário
Conceitos
Experiências no Brasil e no Mundo
Desafios tecnológicos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesados“Ottolização”“Ottolização”
ConceitosConceitos
Vantagens: Possibilidade de reconversão, baixo nível de ruído, mercado de veículos usados.
Desvantagens: Custo de conversão, baixa flexibilidade, disponibilidade de “kits”, enquadramento de emissões.
“Ottolização” Transformação do ciclo Diesel em Otto
“kit” de conversão
Redução na taxa de compressão;
Instalação de sistema de alimentação e ignição do GNV;
Eliminação do sistema de alimentação de Diesel.
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesados“Ottolização”“Ottolização”
Conceitos
Experiências no Brasil e no Mundo
Desafios tecnológicos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesados“Ottolização”“Ottolização”
Experiências no BrasilExperiências no BrasilDécada de 80
- Algumas experiências (elevados preços internacionais do barril do petróleo).
Década seguinte : - Programa descontinuado.
Entre 2005 e 2006- Experiência com ônibus “ottolizado” na cidade de Porto Alegre, projeto GASBUS, da RedeGasEnergia, iniciativa da Petrobras e da Sulgás (Companhia de Gás do Estado do Rio Grande do Sul) – Destaques no desempenho e consumo. Dificuldades de enquadramento de emissões. 2007 – catalisador.
Experiências mundiaisExperiências mundiais- Poucas iniciativas pela aplicação de “kits” de “Ottolização”.- Argentina: OM 366, OM 366 LA (turbo), OM 352.- França: existe o centro de pesquisas de máquinas térmicas (CRMT) que possui experiência e tecnologia disponível nessa rota.- Cummins-Westport oferece re-potencialização.
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesados“Ottolização”“Ottolização”
Conversão de motor OM-366LA de Diesel para operação com Gás Natural (Tomasetto Achille)
Experiências no BrasilExperiências no Brasil
- Substituição do cabeçote;
- Sistema de ignição por velas;
- Pistões modificados;
- Coletor de admissão modificado;
- Sistema de armazenamento de gás;
- Consumo: 2,3km/m3;
- Desempenho compatível.
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesados“Ottolização”“Ottolização”
Conceitos
Experiências no Brasil e no Mundo
Desafios tecnológicos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesados“Ottolização”“Ottolização”
Desafios tecnológicos para o BrasilDesafios tecnológicos para o Brasil
Pesquisa revelou reduzido número de patentes (kits Ottolização) pelo mundo (E.U.A. (3), Espanha (1), Grã-Bretanha (1), Austrália (1), China (1) e Dinamarca (1)), de empresas desconhecidas do mercado.
Serviço de assistência técnica adequado
Atendimento a limites de emissões
cada vez mais restritivos
Disponibilização de “kits” emissionados
Investimentos em desenvolvimento
Introdução
Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica)
“Ottolização”
Diesel-gás
Considerações sobre emissões
Conclusões
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosSumárioSumário
Conceitos
Experiências no Brasil e no Mundo
Desafios tecnológicos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
ConceitosConceitos Tecnologia Diesel-Gás
Adaptação do motor original a Diesel
kit de conversão
Princípio de FuncionamentoAspiração da
mistura ar+GNV
Compressão da mistura ar+GNV
Injeção piloto de diesel
Explosão da mistura ar+GNV
Exaustão dos gases
Não é preciso instalar sistemas de ignição
Vantagens: Flexibilidade, eficiência do ciclo Diesel, baixo nível de ruído, mercado de veículos usados.Desvantagens: Custo de conversão, disponibilidade de “kits”, enquad. de emissões.
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
MISTURADOR
SENSOR DE ROTAÇÃO
COMUTADOR DE SISTEMA
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Funcionamento de motores diesel convertidos para o uso de gás natural no sistema “dual fuel”:
• Admissão e compressão da mistura ar + gás;• Injeção de pequena parcela de óleo diesel do final da compressão injeção piloto;• Auto-ignição do óleo diesel dando início à frente de chama (função análoga à vela de ignição);• Combustão da mistura ar + gás de forma semelhante à verificada nos motores OTTO
A Injeção piloto é responsável por aproximadamente 20% da energia total fornecida ao motor.
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Motores de ignição por compressão (Ciclo DIESEL) alimentados por Gás + Diesel Ciclo Misto
Ciclo DIESEL até a Injeção Piloto
Ciclo OTTO após a Injeção Piloto
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Características do Sistema “dual fuel”:
a) Projeto do Motor – Não sofre alterações • Possibilidade da utilização de ambos os sistemas de
alimentação através de uma chave comutadora;• Aumento da autonomia;• Utilização em regiões onde não exista rede de distribuição de
gás.
b) Mistura ar + gás• Mistura homogênea e bem distribuída;• Pico e taxa de elevação de pressão reduzidos;• Funcionamento mais silencioso• Geralmente utilizam-se misturas mais próximas da
estequiométrica
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Características do Sistema “dual fuel” (cont.):
c) Injeção Piloto - Cada gotícula de óleo Diesel funciona como uma frente de chama Motor OTTO com várias centelhas;
Maior eficiência de queima;Utilização de misturas pobres.
Desejável: • Quantidade mínima de injeção piloto• Elevados níveis de substituição
Necessário:• Bomba injetora em boas condições de uso para propiciar uma
distribuição homogênea para os cilindros;• O óleo diesel funciona como refrigerante do bico injetor e deve ser
observada a temperatura máxima especificada pelo fabricante;
Injeção Piloto – no mínimo 5% do Débito em Potência Nominal
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Características do Sistema “dual fuel” (cont.):
d) Variação de carga – Especialmente em motores com controle primário da mistura ar + gás
Cargas Elevadas Aumento do Rendimento em até15%.
• Excesso de ar e facilidade de mistura;• Aproveitamento da elevada taxa de compressão.
Cargas Baixas Diminuição do Rendimento .• Menor velocidade e/ou descontinuidade da frente de
chama;• Queima incompleta ou atrasada;• Elevação dos teores de HC e CO.
Utilização de componentes que limitam a entradade gás para cargas superiores a 30%
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Características do Sistema “dual fuel” (cont.):
e) Fatores que influenciam da Detonação:• Número de Metano;• Temperatura e Pressão da mistura admitida;• Taxa de compressão.
Temperaturas e pressões altas ao final da compressão + propagação da frente de chama
Detonação da mistura ar + gás não queimada
Velocidade baixa maior tendência a detonação devido a tempo maior de pré-reação
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Características do Sistema “dual fuel” (cont.):
f) Técnicas de Admissão de Gás
• Carburação - Bastante simples e geralmente empregada em motores com pequeno cruzamento de válvulas
Motores 4 tempos de aspiração natural
• Injeção Sincronizada – Injeção de gás em quantidades e períodos pré-estabelecidos e em sincronismo com o funcionamento das válvulas com benefícios para emissões e rendimentos
Motores 2 tempos, eletrônicos e superalimentados
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Características do Sistema “dual fuel” (cont.):
g) Desgaste do Motor e Estado do Óleo Lubrificante (CENPES-1991)• Menor formação de depósitos;• Menores taxas de desgaste; • Maior durabilidade dos lubrificantes;• Maior vida útil do motor.
h) Emissões (CENPES-1991)• Isento de Enxofre• Redução drástica da fuligem
Redução significativa de material particulado
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Hoje: Limites de emissões mais severos e incluindo novos poluentes – Dificuldades de enquadramento
Cruzamento de válvulas do motor Diesel – emissões de HC elevadas
Conceitos
Experiências no Brasil e no Mundo
Desafios tecnológicos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
No Brasil- No período de 1983 a 1991, foram realizadas no CENPES avaliações desses
sistemas em ensaios em banco de provas e em campo (parceria com uma empresa canadense). Resultados positivos (Rendimento térmico e consumo).
- Atualmente a Delphi e a Bosch têm projetos seguindo esta rota tecnológica, porém ainda não foi lançado comercialmente um produto.
- Operação de um ônibus com essa tecnologia (Parceria: Companhia distribuidora de gás do Rio de Janeiro – CEG, Prefeitura de Duque de Caxias e o Consórcio Civic/Diesel-Gás). Cabe verificação de adequação de emissões do sistema.
- Petrobras – avaliação de “kits” importados, com ênfase na adequação de emissões do sistema e participação em novos desenvolvimentos com universidades e empresas do segmento automotivo.
Experiências no Brasil e no MundoExperiências no Brasil e no Mundo
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Motor Mercedes-Benz OM 366 com Kit Eletrônico AFS – CENPES 1991
Resultados em Banco de ProvasDesempenhos semelhantes;Redução das emissões de particulados;Rendimentos mais elevados;Substituição de 70 a 89% de óleo diesel
Acompanhamento em Campo
Empresa ............................................................. Rodoviária A. MatiasLinha Acompanhada ....................................... 232 (Lins – Praça 15)Quilometragem Analisada ................................................. 11.800 kmÍndice de Substituição Volumétrica .............................................. 72%Equivalência Operacional (m3 gás/ l óleo diesel) ...................... 0,96Autonomia com Gás (6 cil. 80 litros) ..................................... 350 kmEconomia do Sistema com GNC ............................................... 17%
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
CURVAS DE DESEMPENHO DO MOTOR OM 366
300
320
340
360
380
400
420
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800
ROTAÇÃO (rpm)
TOR
QU
E (N
m)
REFERÊNCIAAFS DIESELDIESEL+GAS
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Motor Mercedes-Benz OM 366 com Kit Eletrônico AFS – CENPES 1991
RENDIMENTO TÉRMICO À PLENA CARGA MOTOR OM 366
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800
ROTAÇÃO (rpm)
REN
DIM
ENTO
( %
)
REFERÊNCIAAFS DIESELDIESEL+GAS
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Motor Mercedes-Benz OM 366 com Kit Eletrônico AFS – CENPES 1991
0
0,5
1
1,5
2
2,5
DIESEL PURO DIESEL+GAS PROCONVE 1993
COEFICIENTES DE ABSORÇÃO DE LUZ ( K )
TORQUE MÁXIMOPOTÊNCIA MÁXIMA
(K)
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Motor Mercedes-Benz OM 366 com Kit Eletrônico AFS – CENPES 1991
- Países que fazem uso dessa tecnologia: EUA, Canadá, Rússia e Argentina (Pequenas escalas / motores específicos).- Aplicação em maiores escalas: Índia, China e Paquistão.
Experiências no Brasil e no MundoExperiências no Brasil e no Mundo
Mundialmente
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
- Não conformidade em relação aos limites de emissões aplicados no Brasil atualmente.- Desenvolvimentos de motores originais: Cummins-Westport, injetores bi- combustíveis.
Conceitos
Experiências no Brasil e no Mundo
Desafios tecnológicos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Desafios tecnológicos para o BrasilDesafios tecnológicos para o Brasil
Serviço de assistência técnica adequado
Atendimento a limites de emissões
cada vez mais restritivos
Disponibilização de “kits” emissionados
Investimentos em desenvolvimento
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosDieselDiesel--gásgás
Introdução
Motor do Ciclo Otto Dedicado (Original de Fábrica)
“Ottolização”
Diesel-gás
Considerações sobre emissões
Conclusões
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosSumárioSumário
- EUA foram o primeiro país a estudar e a implementar uma política de controle de emissões veiculares (Década de 60).- Os países menos desenvolvidos costumam adotar os limites americanos ou europeus (cronograma defasado).- No Brasil, o controle de emissões por veículos automotores existe desde 1986 (criação do PROCONVE, vinculado ao IBAMA).
Controle de emissões, breve histórico
-Legislação de emissões apresenta limites e procedimentos de testes diferenciados para veículos leves e veículos pesados.- Obtenção de autorização de comercialização no país: contempla ensaios de verificação de emissões e homologação em dinamômetros de chassis (veículos leves) ou homologação em dinamômetros de motor (veículos pesados).
Controle de emissões, operacionalização
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosConsiderações sobre emissõesConsiderações sobre emissões
- Poluentes legislados no Brasil: CO (monóxido de carbono), THC (hidrocarbonetos totais), NOx (óxidos de nitrogênio) e, no caso de veículos pesados, também o MP (material particulado).
- Aplicação GNV em veículos pesados: a partir 2007, limites para CH4
e NMHC.
- CO2 ainda não é legislado (contribui para o Efeito Estufa).
Controle de emissões, operacionalização
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosConsiderações sobre emissõesConsiderações sobre emissões
- Resolução CONAMA nº 291, nos veículos leves convertidos para GNV, limites de emissões igual ou menores que o veículo original.- Legislação não estabelece limites para conversões de motores pesados do ciclo Diesel para operar como Diesel-gás, nem contempla a “Ottolização”. Risco de desenvolvimento do mercado sem contemplar emissões.
Controle de emissões, conversões
Vantagens do GNV
- Na substituição do Diesel: significativa redução de MP (eliminando a fumaça negra característica dos motores a Diesel) e de NMHC.- Tendência de redução na emissão de CO2 (Efeito estufa).- Redução dos demais poluentes legislados dependerá dos patamares tecnológicos dos motores e “kits” de conversão.- Potencial para atender limites futuros com menores custos.
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosConsiderações sobre emissõesConsiderações sobre emissões
Desenvolvimentos adequadosSem DPF
1992 1996 1998 2000 2006 2008Euro I Euro
IIIEuro IV Euro
VCO 4,5 4 - 2,1 1,5 1,5
EUROPA HC 1,1 1,1 - 0,66 0,46 0,46NOx 8 7 - 5 3,5 2Part. 0,36 0,25 0,15 0,1 0,02 0,02
1994 1996 1998 2000 2006
Fase II Fase III Fase IV P-5 (ESC)
P-6 (ESC)
P-6 (ETC)
CO 11,2 4,9 4 2,1 1,5 4BRASIL HC Totais 2,45 1,23 1,1 0,66 0,46 1,1
HC NMHC --- --- --- --- --- --- 0,55NOx 14,4 9 7 5 3,5 3,5Part. --- 0,4/ 0,7 0,15 0,1 / 0,13 0,02 0,03Opac (ELR) --- --- --- --- 0,8 (ELR) 0,5 (ELR)
g/ kwhEuro II
2009PROCONVE
-87%-81%
-76%
-95%
Limites de emissões Europa e Brasil
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosConsiderações sobre emissõesConsiderações sobre emissões
Novas tecnologias para Euro III, IV e V (Diesel), Maiores custos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosConsiderações sobre emissõesConsiderações sobre emissões
Introdução
Motor do Ciclo OTTO Dedicado (Original de Fábrica)
Ottolização
Diesel-gás
Considerações sobre emissões
Oportunidades
Conclusões
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosSumárioSumário
- Estrategicamente para o Brasil é mais interessante a aplicação controlada do GNV em veículos pesados em substituição parcial ao Diesel.- Políticas direcionadas para ônibus urbanos, condicionadas ao equacionamento de questões relacionadas à oferta de gás no mercado interno. Responsabilidades do Ministério das Cidades, de Minas e Energia, Governos Estaduais e Municipais.- Disponibilização de tecnologias: “Ottolização” e Diesel-gás.- Desenvolvimento de normas de testes e limites de emissões para conversões.- Entrada de novos fabricantes no mercado disponibilizando motores dedicados a GNV Euro III, Euro IV e Euro V.- Mudanças de cultura, Treinamentos.- Assistência Técnica.
Pontos importantes
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosOportunidadesOportunidades
Introdução
Motor do Ciclo OTTO Dedicado (Original de Fábrica)
Ottolização
Diesel-gás
Considerações sobre emissões
Conclusões
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosSumárioSumário
Melhoria das condições
ambientais nos centros urbanos
Limites de emissões
Disponibilização de tecnologias GNV em veículos
pesados
Desafios tecnológicos
Três rotas tecnológicas
Passo importanteProgramas nacionais / incentivos
BrasilDestaca-se mundialmente pelo uso do
GNV em veículos leves. 2ª frota mundial
Pioneiro no uso em larga escala de combustíveis veiculares alternativos
GNV em veículos pesadosGNV em veículos pesadosConclusãoConclusão
A partir do equilíbrioda oferta de gás no
mercado interno