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http://hdl.handle.net/11422/25923
| Type: | Tese |
| Title: | Avaliação do desempenho de um motor de combustão interna operando com etanol e adição de hidrogênio |
| Author(s)/Inventor(s): | Ayad, Sami Massalami Mohammed Elmassalami |
| Advisor: | Belchior, Carlos Rodrigues Pereira |
| Co-advisor: | Sodré, José Ricardo |
| Abstract: | O presente trabalho avalia de forma experimental e computacional os efeitos da adição de hidrogênio ao etanol no desempenho de um motor de ignição por centelha turboalimentado. Em particular, almeja-se determinar o melhor regime de operação para aplicações deste sistema e mistura combustível como extensor autonomia. Assim, foram investigados dois regimes de operação em um motor turboalimentado: (i) Aumento do percentual de adição de H2 para uma razão de equivalência constante; e (ii) Empobrecimento da mistura para um percentual de adição de H2 constante. Desta forma, foram realizados ensaios experimentais para o avaliar o desempenho e emissões do primeiro regime. Os resultados indicaram que o segundo regime de operação é mais favorável. Assim sendo, este segundo regime foi investigado computacionalmente. Para tal, foi proposta e validada uma metodologia de autocalibração dos parâmetros de combustão e transferência de calor. Esta metodologia se mostrou bem-sucedida em predizer a curva de pressão no interior do cilindro e foi empregada no regime de operação pobre. Observou-se que a operação em regimes mais pobres resultou em ganhos de eficiência e redução das emissões. Porém, este regime só é possível graças à adição de hidrogênio. Ademais, o turbocarregamento permitiu compensar as perdas de potência associadas à operação pobre. Finalmente, foram usadas metodologias de análise exergética e exergoeconômica para avaliar este sistema. Desta maneira, o potencial da adição de hidrogênio a motores de etanol turbocarregados em regime de operação pobre para aplicações de mobilidade híbrida foi confirmado sob os pontoes de vista de desempenho emissões, de análise exergética e de análise exergoeconômica. |
| Abstract: | This work evaluates, experimentally and computationally, the effects of hydrogen addition on the performance of a turbocharged ethanol fueled internal combustion engine. In particular, the aim is to determine the best operating parameters for this system and fuel mixture for use as a range extender. Thus, two operating regimes in a turbocharged engine were investigated: (i) Increasing in H2 content for a constant equivalence ratio; and (ii) Operating in leaner mixtures with a fixed H2 content. Therefore, experimental tests were carried out to evaluate the performance and emissions for the first regime. The results indicated that the second operating regime is more favorable, which was then investigated computationally. To this end, a method for auto-calibration of combustion and heat transfer parameters was proposed and validated. This approach proved to be successful in predicting the pressure curve inside the cylinder and was then used in the lean operating regime. It was observed that operating in leaner mixtures resulted in efficiency gains and emission reductions. However, stable lean operation was only possible thanks to hydrogen enrichment. Furthermore, turbocharging compensated for the power losses associated with diluted mixtures. Finally, exergetic and exergoeconomic analysis were used to assess this system. These analyzes confirmed that the addition of hydrogen to lean ethanol turbocharged engines has high potential for hybrid mobility applications. |
| Keywords: | Motor a etanol Hidrogênio Simulação Ethanol engine Hydrogen Simulation |
| Subject CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::APROVEITAMENTO DA ENERGIA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
| Production unit: | Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | Jul-2021 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | eng |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | AYAD, Sami Massalami Mohammed Elmassalami. Avaliação do desempenho de um motor de combustão interna operando com etanol e adição de hidrogênio. 2021. 216 f. Tese (Doutorado) - Programa de Engenharia Mecânica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021. |
| Appears in Collections: | Engenharia Mecânica |
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