Study of the operation of an internal combustion engine, fueled by indirect injection of ethanol and direct injection of water into the combustion chamber: Estudo do funcionamento de um motor de combustão interna, alimentado por injeção indireta de etanol e injeção direta de agua na camara de combustão

Autor(es)

Jair Leopoldo Loaiza Bernal

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
• Data de defesa: 2019-04-16

Membros da banca

Janito Vaqueiro Ferreira; José Eduardo Mautone Barros; Pedro Teixeira Lacava; Waldyr Luiz Ribeiro Gallo; Rogério Gonçalves dos Santos

• Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira

Resumo

Na busca contínua pelo aumento da eficiência e redução do impacto ambiental, devido ao uso de motores de combustão interna (ICE), a injeção de água tem sido uma das estratégias mais utilizadas para atingir esses objetivos. Várias foram e ainda são as metodologias que utilizam a água como método de controle de temperatura e redução de emissões. Antes do uso de turbinas de jato e durante o uso de motores de pistão na aviação militar e comercial, a injeção de água e soluções de água e álcool foi implementada como uma estratégia para controlar a temperatura interna do cilindro durante a combustão. Isso permitiu o aumento das taxas de compressão com o consequente aumento de potência, principalmente em operações críticas como decolagens e manobras evasivas durante o combate. As conseqüências da aplicação desta técnica têm sido extensivamente investigadas em motores que utilizam combustíveis derivados do petróleo (gasolina e diesel). No entanto, em dispositivos que utilizam combustíveis alternativos, como o etanol ou outros biocombustíveis, existem poucas referências à pesquisa que utiliza técnicas de injeção de água nesses motores. A pesquisa aqui apresentada mostra os resultados da implementação utilizando simulação computacional de um modelo termodinâmico de duas zonas que integra a injeção de água líquida diretamente na câmara de combustão, em um motor que utiliza etanol como combustível. O modelo proposto interpreta a partir da termodinâmica o comportamento da água no interior do cilindro quando é injetado na forma líquida durante qualquer momento do ciclo. Até agora, esse tipo de análise foi realizado por meio de testes experimentais. Aqui a influência da água do ponto de vista teórico é estudada usando simulação. O modelo é validado comparando seus resultados com os da pesquisa experimental que implementa a mesma técnica de injeção de água proposta. A pesquisa mencionada usa um protótipo de motor que usa gasolina como combustível. Ao comparar alguns dos parâmetros operacionais, como a pressão no interior do cilindro, o consumo específico de combustível efetivo ou a taxa de liberação de calor durante a combustão, verifica-se que o modelo se comporta muito próximo do que foi relatado nos dados experimentais. Outras variáveis, como as emissões de NOx, apresentam tendências semelhantes entre o comportamento experimental e o simulado, apesar da grande variabilidade dos dados experimentais. Por fim, o modelo apresenta grande flexibilidade, pois pode ser utilizado para simular diferentes geometrias de motores, regimes de rotação e uso de combustíveis como gasolina, etanol, etanol hidratado e misturas destes em diferentes proporções (AU)

• Processo FAPESP: 15/20801-3 - Estudo do funcionamento de um motor de combustão interna, alimentado por etanol, com adição de água a câmera de combustão
• Beneficiário: Jair Leopoldo Loaiza Bernal
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado