Dissertação de Mestrado Acadêmico

Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica

SISTEMAS TÉRMICOS E FLUIDOS

29/03/2019

ANÁLISE NUMÉRICA DE UM MOTOR DIESEL OPERANDO NO CICLO OTTO UTILIZANDO ETANOL SOBRE-HIDRATADO

O presente trabalho investigou, através de análise numérica, a substituição de um combustível fóssil na operação de um motor a combustão interna do ciclo Diesel, convertido para a operação com etanol sobre-hidratado e um programa computacional de simulação foi utilizado para caracterizar o comportamento do motor. A partir dos resultados dos parâmetros de emissões e desempenho foi possível determinar a melhor condição de operação, variando-se o índice de hidratação e a razão volumétrica de compressão. Os testes foram realizados com hidratações de 10%, 20%, 30% e 40% (v/v) adicionadas ao etanol hidratado comercial (7%) e simulações de operação com razões volumétricas de compressão de 17:1 a 22:1. O modelo numérico foi validado com base em dados experimentais, onde observou-se uma diferença média de 6% entre os resultados. Comparando-se as curvas de pressão simulada e experimental obteve-se variação máxima de 2,3% nos picos de pressão. Com a variação da razão volumétrica de compressão o ganho na eficiência global foi de 3% para a carga de 35 kW e as melhores condições observadas foram em plena carga para o etanol sobre-hidratado em 17% (EHC17) e 27% (EHC27) na razão volumétrica de compressão de 22:1. Não houve ocorrência de detonação na condição mencionada anteriormente e a plena carga foi identificado um ganho de eficiência de 11,30% atingindo a potência de 62,5 kW e torque de 332,5 N.m. Em relação às emissões alcançou-se redução de 24% de CO na razão volumétrica de compressão de 22:1 quando comparado com os dados experimentais para carga de 35 kW e razão volumétrica de compressão de 17:1.

NUMERICAL ANALYSIS OF A DIESEL ENGINE OPERATING INTO OTTO CYCLE USING WET-ETHANOL

The present study was aimed to investigate, through numerical analysis, a fossil fuel substitution on an internal combustion engine, Diesel cycle, converted to a wet ethanol operation throughout a computer simulation program used to characterize its behavior. From the performance parameters results, it was possible to determine the best operating condition varying the inside wet ethanol-water amount and the compression ratio. The tests were performed with 10%, 20%, 30% and 40% (v/v) water percentage added to commercial hydrated ethanol (7%) and simulations with compression ratios from 17: 1 to 22: 1 were done. The numerical analysis was validated based on experimental data, where an average difference of 6% in the results was achieved. At the maximum peak pressure inside the cylinder, the variation of 2.3% was reached between simulated and experimental results. With higher compression ratios, the efficiency gain was 3% for 35 kW load. The best conditions observed were at wide-open throttle with 17% (EHC17) and 27% (EHC27) wet ethanol usage and 22:1 compression ratio. There was no knock occurrence in the condition mentioned above and 11,30% of efficiency was achieved with peaks of 62.5 kW and 332.5 Nm. Regarding the emissions reduction, 24% of CO was attained at the 22:1 compression ratio when compared to 35 kW load and 17: 1 compression ratio experimental data.