Pollutant formation simulation models (CO, NOx and UHC) for Ethanol-fueled engines: Modelos de simulação de formação de poluentes (CO, NOx e UHC) em motores a etanol

Autor(es)

Alessandro José Truta Beserra de Lima

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
• Data de defesa: 2017-09-01

Membros da banca

Waldyr Luiz Ribeiro Gallo; Rogério Gonçalves dos Santos; José Eduardo Mautone Barros

• Orientador: Waldyr Luiz Ribeiro Gallo

Resumo

A atual necessidade mundial de combustíveis alternativos para automóveis no planeta reflete a importância da efetivação do etanol no mercado automobilístico internacional. O etanol brasileiro, proveniente da cana de açúcar, possui maior nível de sustentabilidade se comparado aos combustíveis fósseis e pode ser integralmente aplicado em motores de combustão interna. Seu uso apresenta benefícios de desempenho técnico e de poluentes, mesmo com a aplicação geral do catalisador de três vias nos motores atuais. Este trabalho foca no estudo e desenvolvimento de modelos matemáticos para previsão e formação de poluentes regulados (monóxido de carbono, óxido nítrico e hidrocarbonetos não-queimados) por parte do funcionamento de motores de ignição por centelha movidos a etanol. Concentrações molares de oxido nítrico (NO) e monóxido de carbono (CO) foram calculadas de acordo com a aplicação de conceitos de cinética química e equilíbrio químico em um modelo zero-dimensional termodinâmico de duas zonas, o qual simula o funcionamento de um motor de ignição por centelha. A análise de formação contínua destes poluentes é calculada a medida que o modelo de Wiebe calcula as massas das zonas queimada e não-queimada, com base nas condições definidas previamente na simulação da operação do motor. O modelo de cinética é composto de 22 reações químicas e 12 espécies (Ar, CO, CO2, H, H2, H2O, OH, O, O2, N, N2, NO), cujo sistema de equações diferenciais é solucionado pelo método numérico trapezoidal implícito, aplicado durante todo o processo de combustão e expansão do ciclo simulado. Convergência a cada iteração é garantida com a aplicação do método de Newton-Raphson para solução de sistemas não-lineares de forma rápida, se considerada que a solução completa das equações diferenciais é obtida. Para o modelo de hidrocarbonetos não-queimados (UHC), desenvolveu-se dois modelos simplificados para os fenômenos de fenda (crevice) e extinção (quenching), através de aplicações de conceitos de gases ideais e da termodinâmica. Resultados mostram coerência qualitativa com dados de formação e emissões presentes na literatura e com medições experimentais para a geometria do motor estudado, com capacidade de predizer, no futuro, o efeito nas emissões causado por sistemas auxiliares do motor, como EGR e turboalimentação, evitando custos com análises experimentais para obter-se informações similares (AU)

• Processo FAPESP: 15/17041-7 - Modelos de simulação de formação de poluentes (CO, NOx e HC) em motores a etanol
• Beneficiário: Alessandro José Truta Beserra de Lima
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado