Modelagem e simulação de ciclos motores Miller, Otto e Diesel : um estudo comparativo baseado nas emissões e parâmetros operacionais
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/49518 |
Resumo: | Motores de combustão interna representam um importante equipamento para a transformação/geração de energia e amplamente utilizados nos setores energéticos e de transporte. Esta condição, aliada ao uso intensivo de combustíveis derivados de petróleo, origina problemas ambientais no uso destes equipamentos. Como forma de contribuir na busca de melhorias na eficiência energética dos motores e na mitigação dos problemas ambientais, o presente trabalho avalia comparativamente o uso de um ciclo Miller como contrapartida aos ciclos Otto e Diesel. A análise é baseada em estudos de simulação numérica dos ciclos motores envolvidos. O modelo foi construído considerando os processos termodinâmicos que ocorrem em cada tempo do motor, incluindo a transferência de calor pelas paredes do cilindro, a abertura e fechamento de válvulas e o processo de combustão. O modelo também inclui uma análise de formação de poluentes e esta é avaliada através de condições de equilíbrio químico e da cinética da combustão. As equações do modelo são resolvidas através do método de diferenças finitas através de um algoritmo programado em Matlab. O modelo foi validado com resultados experimentais da literatura. A partir das análises observa-se que o motor Miller apresenta menor nível de emissão específica de NOx quando comparado aos motores Otto e Diesel. Adicionalmente a emissão tende a ser menor com o aumento do ângulo em que a válvula de admissão permanece aberta durante o estágio de compressão e também será menor com o aumento da rotação do motor. Com o aumento no atraso do fechamento da válvula de admissão durante a compressão, o motor Miller desenvolve um torque e uma potência menor que os motores Diesel e Otto, consequentemente, o consumo específico de combustível do motor Miller será maior. A utilização do motor Miller é mais viável do ponto de vista do consumo de combustível e emissão de NOx, em baixa rotação a 1000rpm consome 439,47 g/kWh de gasolina. O motor Miller emite 91,5 % menos do que o motor Diesel e 9,5 % menos do que o motor Otto. |
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SILVA, Jarmison de Araújohttp://lattes.cnpq.br/6308932418257497http://lattes.cnpq.br/5940127221480832GUERRERO, Jorge Recarte Henríquez2023-03-28T17:30:57Z2023-03-28T17:30:57Z2022-08-31SILVA, Jarmison de Araújo. Modelagem e simulação de ciclos motores Miller, Otto e Diesel: um estudo comparativo baseado nas emissões e parâmetros operacionais. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2022.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/49518Motores de combustão interna representam um importante equipamento para a transformação/geração de energia e amplamente utilizados nos setores energéticos e de transporte. Esta condição, aliada ao uso intensivo de combustíveis derivados de petróleo, origina problemas ambientais no uso destes equipamentos. Como forma de contribuir na busca de melhorias na eficiência energética dos motores e na mitigação dos problemas ambientais, o presente trabalho avalia comparativamente o uso de um ciclo Miller como contrapartida aos ciclos Otto e Diesel. A análise é baseada em estudos de simulação numérica dos ciclos motores envolvidos. O modelo foi construído considerando os processos termodinâmicos que ocorrem em cada tempo do motor, incluindo a transferência de calor pelas paredes do cilindro, a abertura e fechamento de válvulas e o processo de combustão. O modelo também inclui uma análise de formação de poluentes e esta é avaliada através de condições de equilíbrio químico e da cinética da combustão. As equações do modelo são resolvidas através do método de diferenças finitas através de um algoritmo programado em Matlab. O modelo foi validado com resultados experimentais da literatura. 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O motor Miller emite 91,5 % menos do que o motor Diesel e 9,5 % menos do que o motor Otto.FACEPEInternal combustion engines are an important equipment for energy transformation/generation and are widely used in the energy and transport sectors. This condition, combined with the intensive use of petroleum-derived fuels, causes environmental problems in the use of this equipment. As a way of contributing to the search for improvements in the energy efficiency of engines and in the mitigation of environmental problems, the present work comparatively evaluates the use of a Miller cycle as a counterpart to the Otto and Diesel cycles. The analysis is based on numerical simulation studies of the motor cycles involved. The model was built considering the thermodynamic processes that occur at each engine stroke, including the heat transfer through the cylinder walls, the opening and closing of valves and the combustion process. The model also includes an analysis of pollutant formation and this is evaluated through chemical equilibrium conditions and combustion kinetics. The model equations are solved using the finite difference method through an algorithm programmed in Matlab. The model was validated with experimental results from the literature. From the analysis, it is observed that the Miller engine has a lower level of specific NOx emission when compared to the Otto and Diesel engines. Additionally, emission tends to be lower with increasing angle at which the intake valve remains open during the compression stage and will also be lower with increasing engine RPM. With the increase in the delay of closing the intake valve during compression, the Miller engine develops a lower torque and power than the Diesel and Otto engines, consequently, the specific fuel consumption of the Miller engine will be higher.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia MecanicaUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessEngenharia MecânicaMotor MillerMotor OttoMotor DieselSimulação numéricaNoxEquilíbrio químicoCinética químicaModelagem e simulação de ciclos motores Miller, Otto e Diesel : um estudo comparativo baseado nas emissões e parâmetros operacionaisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Jarmison de Araújo Silva.pdfTESE Jarmison de Araújo Silva.pdfapplication/pdf1732844https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/49518/1/TESE%20Jarmison%20de%20Ara%c3%bajo%20Silva.pdf5abc2e3e74f15c4dbdbb3ded8d9fde64MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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