[pt] ANÁLISE NUMÉRICA DA INFLUÊNCIA DO USO DE HIDROGÊNIO COMO COMBUSTÍVEL SECUNDÁRIO EM MOTORES DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO ASSISTIDA PELA CENTELHA

[en] NUMERICAL ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF THE USE OF HYDROGEN AS A SECONDARY FUEL IN SPARK-ASSISTED COMPRESSION IGNITION ENGINES

[pt] RAYANNE CARLA ALVES DO NASCIMENTO

[pt] ANALISE NUMERICA

[pt] PLANEJAMENTO DE EXPERIMENTOS DE BOX-BEHNKEN

[pt] MOTOR DE IGNICAO POR COMPRESSAO ASSISTIDA POR CENTELHA

[pt] HIDROGENIO

[pt] PARAMETRO DE DESEMPENHO

[en] NUMERICAL ANALYSIS

[en] BOX-BEHNKEN DESIGN

[en] SPARK-ASSISTED COMPRESSION IGNITION

[en] HYDROGEN

[en] PERFORMANCE PARAMETER

[pt] Com os atuais requisitos sobre emissões e consumo de combustível em um contexto de leis ambientais mais rigorosas, é necessário melhorar o desempenho dos motores de combustão para reduzir as emissões de gases do efeito estufa. Novas tecnologias, como Ignição por Compressão de Carga Homogênea (HCCI) ou Ignição por Compressão Assistida por Centelha (SACI), são alternativas para aumentar a eficiência dos motores. Neste trabalho, foi criada uma rotina MATLAB para prever o desempenho da combustão SACI multimodo de metano e misturas metano-hidrogênio, utilizando um modelo termodinâmico de duas zonas. Foi realizada uma análise de sensibilidade a quatro parâmetros de desempenho: eficiência térmica (nth), emissões de NOx, emissões de CO2 e energia do combustível (Efuel), com diversas variações de fatores tais quais porcentagem de H2, rotação do motor, relação de equivalência combustível - ar, pressão de admissão e superposição de válvulas, utilizando ferramentas de planejamento de experimentos para avaliar o impacto dos fatores sobre os parâmetros de desempenho. O Planejamento Box-Behnken indicou que rotação do motor, porcentagem de H2 e pressão de admissão são os fatores SACI mais importantes, pois influenciam todos os parâmetros de desempenho do motor. Por outro lado, a relação de equivalência combustível - ar foi relevante para apenas um deles (NOx) e a superposição de válvula, como foi utilizada nos experimentos, mostrou nenhum impacto relevante sobre os resultados. Além disso, foi feita uma Análise Univariada para comparar motores de ignição por centelha e SACI. Os resultados mostraram que os motores SACI apresentam melhor desempenho, sendo cerca de 7 por cento - 17 por cento mais eficientes e um aumento de 90 por cento - 96 por cento no IMEP.

[en] With the current requirements on emissions and fuel consumption in a context of very strict environmental laws, it is necessary to improve combustion engines performance to reduce greenhouse gas emissions. New technologies, such as Homogeneous Charge Compression Ignition or Spark-Assisted Compression Ignition (SACI), are alternatives to increase engine s efficiency. In this work, a MATLAB routine was created to predict the performance of SACI multimode combustion of methane and methane-hydrogen blends, using a two-zone thermodynamic model. A sensitivity analysis was realized to four performance parameters: thermal efficiency, NOx emissions, CO2 emissions and energy of the fuel, with several factors variations such as percentage of H2, engine speed, fuelair equivalence ratio, intake pressure and valve overlap, using experimental design tools to evaluate the impact of those factors over the performance parameters. The Box-Behnken Design indicated that engine speed, percentage of H2 and intake pressure are the most important SACI factors since they influence all engine performance parameters. On the other hand, fuel-air equivalence ratio was relevant in only one of them (NOx) and the valve overlap, as it was used in the experiments, showed no relevant impact on the results. Furthermore, a Univariate Analysis was done to compare Spark-Ignition and SACI engines efficiencies. The results showed that SACI engines performs better, with 7 percent - 17 percent higher efficiency and 90 percent - 96 percent IMEP s increase.

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

SERGIO LEAL BRAGA

MARCOS SEBASTIAO DE PAULA GOMES

SERGIO LEAL BRAGA

TADEU CAVALCANTE CORDEIRO DE MELO

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

ALBINO JOSE KALAB LEIROZ

2024-10-08

2024-06-07

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.68334