Estudo do desempenho de um motor a etanol fortemente carregado empregando EGR para redução de emissões de NOx e controle de detonação

• Processo: 15/03170-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2015
• Data de Término da vigência: 20 de fevereiro de 2018
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Acordo de Cooperação: Peugeot Citroën
• Pesquisador responsável: Waldyr Luiz Ribeiro Gallo
• Beneficiário: Ana Paula Mattos
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/50238-3 - Estudo conceitual de um motor avançado a etanol, AP.BIOEN.CPE
• Assunto(s): Biocombustíveis Motores de combustão interna
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biocombustíveis | EGR para controle de detonação | etanol combustível | Motores dedicados a etanol | Simulação de desempenho de motores | Motores de combustão interna

Resumo

Há muitos investimentos em pesquisas voltadas ao setor agrícola no plantio da cana de açúcar e também na etapa industrial de produção do etanol. Mas após a década de 80, quando as montadoras pararam fabricar veículos com motores dedicados a etanol, houve uma estagnação no estudo de melhoramentos dos motores a etanol. Apesar do aparecimento dos motores flex-fluel, capazes de operar com etanol, há mais estudos para os motores por ignição por centelha utilizando gasolina, ou a mistura dos dois combustíveis. O objetivo deste projeto é contribuir para o avanço tecnológico dos motores por ignição por centelha a etanol, avaliando as possibilidades de um motor fortemente carregado e empregando a recirculação de gases de exaustão (EGR) para a redução de NOx e para o controle de detonação. Conexão da Tese com o Projeto FAPESP/PCBA: O trabalho proposto para este Doutorado está associado com o Sub-tema 4 "Simulação termodinâmica do desempenho indicado de motores a etanol" (item 7.4.4 do Projeto, p.23 e 24). Os alunos de pós-graduação (Mestrado e Doutorado) constituirão uma equipe juntamente com o pesquisador pós-doc e com o coordenador do sub-tema 4. O trabalho deste aluno se relaciona especificamente com as atividades 7.4.4e) (ano 2 do Cronograma de atividades - p.29 do Projeto) e 7.4.4f) (ano 3 do Cronograma de atividades - p.30 do Projeto).Objetivos principais do trabalho:- Identificar os limites de detonação do motor a etanol fortemente carregado e com alta taxa de compressão.- Identificar o papel da recirculação de gases de escape (EGR) no controle de detonação e redução de emissões de NOx;Breve descrição das atividades:- Revisão bibliográfica- Equacionamento de cálculo de propriedades termodinâmicas de misturas gasosas (ar, combustível e produtos de combustão) - incluindo modelo de formação de NOx.- Desenvolvimento de modelo semi-empírico para previsão do limiar de detonação em motores a etanol;- Validação do modelo de detonação por meio de resultados experimentais;- Incorporação de EGR no modelo de simulação termodinâmica de desempenho dos motores a etanol.- Avaliação das emissões previstas de NOx em função da quantidade de EGR adotada. Material e Métodos: Para o desenvolvimento da modelagem do motor serão aplicados os conceitos de conservação de massa, energia (Primeira Lei da Termodinâmica) e geração de entropia (Segunda Lei da Termodinâmica), tanto para a fase aberta quanto para a fase fechada do ciclo. As propriedades termodinâmicas de cada substância presente nos gases serão avaliadas em função da temperatura instantânea, usando dados termoquímicos da JANAF (1971). Para o cálculo das frações molares das substâncias presentes nos gases queimados, será considerado o equilíbrio químico em função da pressão e temperatura instantâneas. No caso dos óxidos de nitrogênio, será adotado um modelo simplificado de cinética química. Um modelo fenomenológico para estimar a transmissão de calor entre os gases e as paredes do motor será adotado. Da mesma forma, o processo de combustão será avaliado com a hipótese de duas zonas em equilíbrio instantâneo de pressão, mas com diferentes temperaturas para a região de gases de combustão e para região de mistura não queimada. A velocidade de queima será modelada por uma função de Wiebe, com parâmetros ajustados a cada condição de operação do motor. Será desenvolvido um modelo fenomenológico para prever o atraso de ignição da mistura, que também será usado para a previsão de detonação. A recirculação dos gases de escape (EGR) será incorporada para alguns regimes de operação do motor, alterando a composição da carga fresca e afetando a energia disponível para a combustão. A validação do modelo de simulação será efetuada por meio de comparação com resultados experimentais obtidos em bancada de ensaio de motores do Instituto Mauá de Tecnologia. Os dados geométricos serão do motor que servirá de base para o Projeto FAPESP/PCBA. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

MATTOS, A. P.; GALLO, W. L. R.. A Study of the Influence of the Intercooled Turbocharger and Cooled Exhaust Gas Recirculation on the Performance Parameters of an Ethanol-fueled Engine. INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMODYNAMICS, v. 22, n. 3, p. 149-157, SEP 2019. (15/03170-0)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

MATTOS, Ana Paula. Estudo do desempenho de um motor turbo-alimentado a etanol empregando EGR para redução de emissões de NOx e controle de detonação. 2018. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica Campinas, SP.