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Title: Análise energética, exergética e experimental em um motor de combustão interna usando como combustível os fluidos do processo de pirólise assistida por micro-ondas.
Authors: Oliveira, Tiago Luís
metadata.dc.contributor.advisor: Assis, Paulo Santos
Leal, Elisângela Martins
Keywords: Pirólise assistida por micro-ondas
Gases condensáveis
Gases não condensáveis
Motor de combustão interna
Issue Date: 2018
metadata.dc.contributor.referee: Freitas, Suzy Magaly Alves Cabral de
Murta, Jorge Luiz Brescia
Destro, Elton
Leal, Elisângela Martins
Assis, Paulo Santos
Assis, Carlos Frederico Campos de
Citation: OLIVEIRA, Tiago Luís. Análise energética, exergética e experimental em um motor de combustão interna usando como combustível os fluidos do processo de pirólise assistida por micro-ondas. 2018. 184 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Abstract: Este trabalho visa realizar uma análise energética, exergética e experimental comparando um combustível fóssil (óleo diesel) e os efluentes obtidos do processo de pirólise assistida por micro-ondas do Eucaliptus Citriodora, realizado pela UPEC-250, com produção de 250kg/h de carvão vegetal e potencial para (i) atender a demanda nacional (10 milhões de toneladas) de carvão vegetal para a siderurgia e (ii) geração de eletricidade, com controle preciso da produção e adaptável às condições sustentáveis de manejo florestal. Neste sentido, uma revisão bibliográfica sobre pirólise e motores de combustão interna, uma análise energética e exergética teórica „single-zone model‟ em regime permanente foram elaboradas. A combustão foi modelada no software CEA (Chemical equilibrium with applications da NASA Glenn Research Center). Os resultados de caracterização física e de cromatografia gasosa acoplada a espectrômetro de massa do GNC e do bio-óleo mostraram um PCI de 10.838,46 kJ/kg e 7.781,98 kJ/kg, respectivamente. A partir destes resultados, foi realizada a modelagem do processo de combustão em um motor Scania modelo DC13072A.403-487 a diesel (motor adquirido no projeto de pesquisa), variando a razão de equivalência de 0,8 a 1,2 para três situações: uma utilizando a mistura bio-óleo/diesel na proporção de 75%-25%, a outra utilizando apenas GNC e outra utilizando apenas o combustível Jet-A (semelhante ao diesel). Os resultados teóricos mostraram que para atingir o desempenho energético com óleo diesel, rendimento térmico de 41%, calor rejeitado nos gases de exaustão de 34,8%, calor rejeitado na refrigeração de 13,1%, calor rejeitado na lubrificação de 7% e perdas por radiação de 4,1% demandou-se 0,45 kg/s de combustível e 1084,69 kW de calor. O GNC atingiu estas condições a partir da razão de equivalência de 0,90 (0,4334 kg/s), o bio-óleo a partir de 0,8 (0,4418 kg/s) e o Jet-A em 0,9 (0,4334 kg/s). A análise exergética mostrou para o GNC um aumento de 25,76% a 29,37% na eficiência, para o bio-óleo/óleo diesel um aumento de 20,71% a 23,10% e para o Jet-A um aumento de 19,79% a 22,37%. O diâmetro do injetor, o SMD das gotículas e outras características do spray foram calculados. Foi realizado um ensaio experimental com uma mistura pré-aquecida (acima de 70°C) de óleo diesel/bio-óleo (S10-5). Verificou-se que o resultado estimado (1MWh) de eletricidade depende de melhorias na injeção de combustível, no comportamento do spray e em tecnologia para, diminuir a viscosidade do bio-óleo, produzir misturas com óleo diesel e alcançar escala industrial.
metadata.dc.description.abstracten: This work aims to perform an energy, exergetic and experimental analysis comparing a fossil fuel (diesel) and the effluents of the process of pyrolysis assisted by microwave of Eucaliptus Citriodora, performed by UPEC-250, with production of 250kg/h of charcoal and potential to (i) carry out the brazilian demand (10 million tons) of charcoal to Steelmaking and (ii) electricity generation, with precise control of production and adptable to sustainable forest managment conditions.In this sense, a literature review on pyrolysis and internal combustion engine, a theoretical energy and exergetic „single-zone mode‟ in Steady state were elaborated. The combustion process was modeled in the CEA (Chemical equilibrium with applications of the NASA Glenn Research Center) software. The results of physical characterization and gas chromatography coupled to a mass spectrometer to GNC and bio-oil had a LHV of 10.838,46 kJ/kg and 7.781, 98 kJ/kg respectively. From these experimental results, the modeling of the combustion process was carried out on a model Scania engine DC13072A.403-487 diesel (engine acquired in a research project), varing the equivalent ratio of 0.8 to 1.2, for three situations: one using bio-oil/diesel mixture in the proportion of 75%-25%, the other using only CNG and another using only Jet-A (similar to diesel) fuel. The theoretical results showed that to achieve the energy performance with diesel oil, thermal yield of 41%, heat rejected in the exhaust gases of 34.8%, heat rejected in the refrigeration of 13.1%, heat rejected in the lubrification of 7% and radiation losses of 4.1% required 0.45kg/s of fuel and 1084.69kW of heat. It was verified that CNG reached these conditions from the equivalente ratio of 0.9 (0.4334kg/s), bio-oil from 0.8 (0.4418kg/s) and Jet-A in 0.9 (0.4334kg/s). The exergetic analysis showed for CNG increase of 25.76% to 29.37% in efficiency, for bio-oil/diesel oil increase of 20.71% to 23.10% and for Jet-A increase of 19.79% to 22.37%, accounting for thermal, chemical exergy and irreversibility. The diameter of injector, the SMD of droplets and the other characteristics of spray were calculated. And in experimental test with moto-generator was performed with diesel (S10) and an blend with diesel (S10-5). It is verified that estimated result (1MWh) of electricity generation depends on improvements in fuel injection, spray behavior and technology, to decrease the viscosity of bio-oil, produce blends with diesel and reach industrial scale.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/10393
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 04/10/2018 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite a adaptação.
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