Modelo zero dimensional e estudo paramétrico de um motor ciclo diesel operando com misturas diesel/biodiesel/vapor de água

Abstract

Este trabalho visa simular numericamente, sob o ponto de vista térmico, o ciclo mecânico de um motor Diesel, desde a compressão até a expansão, funcionando com diesel e/ou misturas diesel e biodiesel e compará-lo aos dados simulados do ciclo avançado, proposto no trabalho, com a injeção de água. O modelo matemático adotado é o zero dimensional ou termodinâmico single-zone e é baseado na Primeira Lei da Termodinâmica e na equação de estado, com a finalidade de obter os dados de pressão e temperatura dos gases contidos no interior do cilindro, em função do ângulo da árvore de manivelas com objetivo de analisar e examinar as implicações em relação aos parâmetros de desempenho. A modelagem considera a transferência de calor pelas paredes, a energia liberada durante a combustão, considerando a função dupla de Wiebe, as propriedades termofísicas dos reagentes e dos produtos variáveis e os parâmetros geométricos do motor, entre outros. Análises paramétricas foram realizadas variando a proporção de diesel e biodiesel na mistura, o ângulo de início da combustão e a razão de equivalência, bem como modificando o percentual de massa e a posição angular de adição de água. Os resultados mostram que, mantendo-se a massa de combustível constante, ocorre uma redução nos valores de temperatura e pressão ao aumentar a participação de biodiesel na mistura que reflete, diretamente, em menores valores dos parâmetros de desempenho, os picos de pressão e de temperatura são maiores ao se aumentar a razão de equivalência e o adiantamento do início da queima do combustível promove maiores picos de pressão e temperatura. Os níveis de poluentes são obtidos utilizando as temperaturas e pressões máximas de cada caso, além dos dados de entrada requeridos pelo programa. O modelo utilizado representa o comportamento físico do problema, tendo em vista a boa concordância entre os dados simulados e experimentais disponíveis na literatura; os parâmetros da função de Wiebe influenciam de forma direta no comportamento da combustão e, consequentemente, nos valores de pressão e temperatura, bem como nos dados de desempenho do motor. Observa-se que os valores de pressão no interior do cilindro tendem a aumentar com o acréscimo de água. As temperaturas apresentam situação oposta, diminuindo seus valores. No caso dos níveis de (NOx), há uma redução nos seus valores com o aumento da participação de água.