[en] NUMERICAL SIMULATION OF COMBUSTION IN MARINE ENGINES OF TERNARY MIXTURES WITH BIODIESEL AND ETHANOL

[pt] SIMULAÇÃO NUMÉRICA DA COMBUSTÃO EM MOTORES MARÍTIMOS DE MISTURAS TERNÁRIAS COM BIODIESEL E ETANOL

[pt] MATHEUS BARROS FREIRES

[pt] COMBUSTAO

[pt] ETANOL MISTURA TERNARIA

[pt] BIODIESEL

[pt] SIMULACAO NUMERICA

[en] COMBUSTION

[en] ETHANOL TERNAY BLEND

[en] BIODIESEL

[en] NUMERICAL SIMULATION

[pt] O processo de transição energética é fundamental para redução das emissões dos gases de efeito estufa na atmosfera. O setor marítimo, responsável por 3 por cento das emissões globais, também é uma peça importante para a transição. A Organização Marítima Internacional tem como meta, até 2030, operar com uma mistura contendo pelo menos 5 por cento de biocombustíveis na concentração do diesel marítimo convencional. O seguinte estudo tem como foco avaliar o impacto de combustão de misturas ternárias contendo diesel marítimo e biocombustíveis como etanol e biodiesel, sob diferentes concentrações na mistura através da ferramenta de simulação numérica CONVERGE CFD. As simulações ocorreram em um motor pré modelado pelo software com os seguintes parâmetros: 2440 cilindradas, razão de compressão de 16 e velocidade de rotação de 1600 rpm. Essa configuração se manteve a mesma para todas as simulações das 8 misturas envolvidas, são elas: 100 por cento de diesel marítimo (DIESEL), 3 misturas binárias contendo 5 por cento, 15 por cento e 30 por centode etanol na mistura com diesel marítimo (DE05, DE15 e DE30, respectivamente), seguida por uma mistura binária de 20% de biodiesel com a mistura de diesel marítimo (B20), finalizando com 3 misturas ternárias contendo 20 por cento de biodiesel e concentrações variáveis de etanol (5 por cento, 15 por cento e 30 por cento) na mistura de diesel marítimo (B20E05, B20E15 e B20E30, respectivamente). As misturas contendo biodiesel demonstraram resultados promissores com relação a taxa de liberação de calor, a mistura B20E30 demonstrou o melhor resultado, com um acréscimo de 42,82 por cento comparado ao DIESEL, além de ter a maior eficiência entre as misturas 4,17 por cento acima do DIESEL. Entretanto, essa mistura demonstrou o pior resultado nas emissões de fuligem e CO2, com o aumento de 19,67 por cento e 17,02 por cento comparado ao DIESEL, respectivamente. O B20 demonstrou os melhores resultados para a redução das emissões de HC e CO comparado ao DIESEL, com reduções de 72,72 por cento e 73,61 por cento, respectivamente. O uso do etanol com diesel marítimo impactou negativamente as emissões. O DE30, demonstrou o pior resultado nas emissões de NOx, HC e CO, com acréscimo de 19,67 por cento, 4,80 por cento e 5,58 por cento respectivamente.

[en] The energy transition process is fundamental for reducing greenhouse gas emissions in the atmosphere. The maritime sector, responsible for 3 per cent of global emissions, is also a crucial player in the transition. The International Maritime Organization aims to operate with a mixture containing at least 5 per cent biofuels in conventional marine diesel fuel by 2030. This study focuses on evaluating the combustion impact of ternary mixtures containing marine diesel and biofuels such as ethanol and biodiesel at different concentrations using the numerical simulation tool CONVERGE CFD. The simulations were conducted in a pre-modeled engine by the software with the following parameters: 2440 cc displacement, a compression ratio of 16, and a rotational speed of 1600 rpm. This configuration remained the same for all simulations of the 8 involved mixtures, which are: 100 per cent marine diesel (DIESEL), 3 bin ary mixtures containing 5 per cent, 15 per cent, and 30 per cent ethanol in the marine diesel mixture (DE05, DE15, and DE30, respectively), followed by a binary mix ture of 20 per cent biodiesel with the marine diesel mixture (B20), and finally 3 ternary mixtures containing 20 per cent biodiesel and varying ethanol concentra tions (5 per cent, 15 per cent, and 30 per cent) in the marine diesel mixture (B20E05, B20E15, and B20E30, respectively). The mixtures containing biodiesel demonstrated promising results regarding the heat release rate, with the B20E30 mixture showing the best result, with an increase of 42.82 per cent compared to DIESEL, in addition to having the highest efficiency among the mixtures, 4.17% above DIESEL. However, this mixture showed the worst results in soot and CO2 emissions, with increases of 19.67 per cent and 17.02 per cent compared to DIESEL, re spectively. The B20 showed the best results for reducing HC and CO emis sions compared to DIESEL, with reductions of 72.72 per cent and 73.61 per cent, respect ively. The use of ethanol with marine diesel negatively impacted emissions. The DE30 showed the worst results in NOx, HC, and CO emissions, with increases of 19.67 per cent, 4.80 per cent, and 5.58 per cent, respectively.

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

EPIFANIO MAMANI TICONA

2024-07-09

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