Simulação fluidodinâmica em ANSYS - CFD da combustão dual-fuel em motores de ignição por compressão utilizando diesel renovável (HVO) com biogás

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: FREZ, Gustavo Vieira
• Orientador(a): CORONADO, Christian Jeremi Rodriguez
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Motor de combustão interna; Análise CFD; HVO; Dual-fuel; Biogás
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3456

O crescimento populacional e urbano no Brasil nas últimas décadas resultou no aumento da frota veicular nacional que, em geral, utiliza combustíveis fósseis cuja queima resulta em emissões de poluentes. Aliando-se a fatores econômicos, há uma urgente preocupação para substituição desses combustíveis por àqueles provenientes de fontes renováveis. Grande parte de pesquisas nessa área utilizam técnicas experimentais, que nem sempre são viáveis. Assim, aliar análises computacionais à essas técnicas são de grande relevância. Nesse contexto, esse trabalho apresenta análises computacionais do ciclo de combustão de um motor Diesel operando com diesel fóssil, HVO e HVO com biogás. Para tal, modelou-se a geometria 3D da sua câmara de combustão e empregou-se o software ANSYS/Forte nas simulações CFD. Na etapa de modelagem considerou-se um modelo cinético com 35 espécies e 74 reações químicas, o modelo RANS RNG -, o modelo KH-RT, um perfil de injeção uniforme e valores experimentais para pressão e temperatura inicias. Além disso, realizou-se uma análise 0-D no software ANSYS/Chemkim-Pro a fim de estimar alguns parâmetros não mensurados experimentalmente e, também para se obter dois modelos cinéticos adaptados para a combustão do HVO puro e da mistura HVO-Biogás, o que foi feito juntamente com um processo de otimização mono-objetiva pelo algoritmo de Lichtenberg. Ambas as abordagens, 0-D e 3D, foram validadas com dados experimentais. Foram obtidas curvas para: pressão no cilindro e sua taxa de aumento; taxa de liberação de calor e seu acúmulo; características de turbulência e emissões em função do ângulo do virabrequim. Campos 3D de velocidade, de temperatura, do spray do diesel e das frações molares de CO, CO2, NO e NO2 também foram obtidos. Os resultados para a pressão no cilindro obtidos computacionalmente apresentaram boa concordância com os experimentais, que foram obtidos durante o projeto P&D ROTA 2030 realizado pelo GETEC-UNIFEI em 2021 e 2022, porém com maior atraso de ignição. Observou-se que a pressão no cilindro possui forte dependência com a duração da injeção. Verificou-se também que as regiões próximas ao PMS são as que mais causam variações nos parâmetros analisados e onde a maioria das curvas apresentam seus valores máximos. Além disso, a combustão do HVO e do HVO com biogás reduziu os picos de pressão e de liberação de calor, bem como as emissões de NOx e fuligem, apresentando maior homogeneidade nos campos de velocidade e temperatura.