Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cunha, Paula Cordeiro Rodrigues da
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21039
Resumo: Hydrogen has important physicochemical and combustion properties that can be used to improve performance and pollutant emissions by vehicles. However, storage difficulties may limit the use of the same in internal combustion engines. Thus, in this research, developed in partnership with the Faculty of Mechanical Engineering (FEMEC/UFU), hydrogen gas was produced and consumed immediately to eliminate the need for a storage device. Firstly, a cell for alkaline electrolysis of water was built to produce hydrogen and to use it as a supplementary fuel in an internal combustion engine. In order to analyze the energy efficiency and the capacity of this electrolyzer, three different electrolytes (LiOH, NaOH and KOH) were analyzed. The experimental tests occurred at concentrations of 1 to 10 gmol/L of each electrolyte, with a variation of 1 gmol /L. The highest hydrogen flow rate was obtained using potassium hydroxide as electrolyte and a current of 23.5 A. Three different hydrogen flows (0, 150 and 300 mL/min) were introduced into the engine at three different speeds (1573, 2692 and 3879 rpm). In addition, the torque and power characteristic curves were obtained for each hydrogen flow added to the engine. According to the results, the emissions of unburned hydrocarbons and carbon monoxide decreased, while carbon dioxide emissions increased with the addition of hydrogen. The specific fuel consumption suffered reductions of between 0.20 to 10.43% when compared to the operation without hydrogen. There was an increase in engine torque and power, however, for rotations above approximately 4500 rpm, the addition of hydrogen did not result in changes in these properties. MBT and MBP values presented an average increase of 5.8 and 7.6%, respectively. The most significant effects were obtained with the introduction of 300 mL / min of the gas. It can be concluded that the use of hydrogen as supplementary fuel presented satisfactory results in both engine performance and pollutant emissions. It is believed that more promising results can be obtained with the addition of larger quantities of hydrogen and with control of the other parameters of the engine.
id UFU_44c89a68077af4f4d7458fb635baa086
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/21039
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão internaEffect of the addition of hydrogen produced from alkaline electrolysis in the performance of an internal combustion engineEngenharia químicaEletróliseHidrogênioMotores de combustão internaCombustívelElectrolysisHydrogenFuelInternal combustion engineCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAHydrogen has important physicochemical and combustion properties that can be used to improve performance and pollutant emissions by vehicles. However, storage difficulties may limit the use of the same in internal combustion engines. Thus, in this research, developed in partnership with the Faculty of Mechanical Engineering (FEMEC/UFU), hydrogen gas was produced and consumed immediately to eliminate the need for a storage device. Firstly, a cell for alkaline electrolysis of water was built to produce hydrogen and to use it as a supplementary fuel in an internal combustion engine. In order to analyze the energy efficiency and the capacity of this electrolyzer, three different electrolytes (LiOH, NaOH and KOH) were analyzed. The experimental tests occurred at concentrations of 1 to 10 gmol/L of each electrolyte, with a variation of 1 gmol /L. The highest hydrogen flow rate was obtained using potassium hydroxide as electrolyte and a current of 23.5 A. Three different hydrogen flows (0, 150 and 300 mL/min) were introduced into the engine at three different speeds (1573, 2692 and 3879 rpm). In addition, the torque and power characteristic curves were obtained for each hydrogen flow added to the engine. According to the results, the emissions of unburned hydrocarbons and carbon monoxide decreased, while carbon dioxide emissions increased with the addition of hydrogen. The specific fuel consumption suffered reductions of between 0.20 to 10.43% when compared to the operation without hydrogen. There was an increase in engine torque and power, however, for rotations above approximately 4500 rpm, the addition of hydrogen did not result in changes in these properties. MBT and MBP values presented an average increase of 5.8 and 7.6%, respectively. The most significant effects were obtained with the introduction of 300 mL / min of the gas. It can be concluded that the use of hydrogen as supplementary fuel presented satisfactory results in both engine performance and pollutant emissions. It is believed that more promising results can be obtained with the addition of larger quantities of hydrogen and with control of the other parameters of the engine.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDissertação (Mestrado)O hidrogênio possui importantes propriedades físico-químicas e de combustão que podem ser utilizadas para melhorar o desempenho e as emissões de poluente por veículos automotores. No entanto, dificuldades de armazenamento podem limitar o uso do mesmo em motores de combustão interna. Desta forma, nesta pesquisa, desenvolvida em parceria com a Faculdade de Engenharia Mecânica (FEMEC/UFU), hidrogênio gasoso foi produzido e consumido imediatamente para eliminar a necessidade de um dispositivo de armazenamento. Primeiramente, uma célula para eletrólise alcalina da água foi construída para produzir hidrogênio e utilizá-lo como combustível complementar em um motor de combustão interna. A fim de analisar a eficiência energética e a capacidade deste eletrolisador, três diferentes eletrólitos (LiOH, NaOH e KOH) foram analisados. Os ensaios experimentais ocorreram em concentrações de 1 a 10 gmol/L de cada eletrólito, com variação de 1 gmol/L. A maior vazão de hidrogênio foi obtida utilizando hidróxido de potássio como eletrólito e uma corrente de 23,5 A. Três diferentes vazões de hidrogênio (0,150 e 300 mL/min) foram introduzidas no motor em três velocidades de rotação distintas (1573, 2692 e 3879 rpm). Além disso, foram obtidas as curvas características de torque e potência para cada vazão de hidrogênio adicionada ao motor. De acordo com os resultados, as emissões de hidrocarbonetos não queimados e de monóxido de carbono diminuíram, enquanto que as emissões de dióxido de carbono aumentaram com a adição de hidrogênio. O consumo específico de combustível sofreu reduções entre 0,20 a 10,43%, quando comparado com a operação sem de hidrogênio. Houve aumento no torque e na potência do motor, entretanto, para rotações acima de aproximadamente 4500 rpm, a adição de hidrogênio não resultou em alterações nestas propriedades. Os valores de MBT e MBP apresentaram um acréscimo médio de 5,8 e 7,6%, respectivamente. Os efeitos mais significativos foram obtidos com a introdução de 300 mL/min do gás. Pode-se concluir que a utilização de hidrogênio como combustível suplementar apresentou resultados satisfatórios tanto no desempenho do motor quanto nas emissões de poluentes. Acredita-se que resultados mais promissores podem ser obtidos com a adição de maiores quantidades de hidrogênio e com controle dos demais parâmetros do motor.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia QuímicaDamasceno, João Jorge Ribeirohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780258E5Vieira, Luiz Gustavo Martinshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4767723D6Arouca, Fábio de Oliveirahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4189392Y6Souza, Ana Marta dehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4763240T3Silva, Meuris Gurgel Carlos dahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4788174D6Cunha, Paula Cordeiro Rodrigues da2018-04-02T15:07:40Z2018-04-02T15:07:40Z2017-02-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCUNHA, Paula Cordeiro Rodrigues da. Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna - 2017. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21039ufu.http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2017.137porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2019-02-14T14:32:57Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/21039Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2019-02-14T14:32:57Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.none.fl_str_mv Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna
Effect of the addition of hydrogen produced from alkaline electrolysis in the performance of an internal combustion engine
title Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna
spellingShingle Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna
Cunha, Paula Cordeiro Rodrigues da
Engenharia química
Eletrólise
Hidrogênio
Motores de combustão interna
Combustível
Electrolysis
Hydrogen
Fuel
Internal combustion engine
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
title_short Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna
title_full Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna
title_fullStr Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna
title_full_unstemmed Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna
title_sort Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna
author Cunha, Paula Cordeiro Rodrigues da
author_facet Cunha, Paula Cordeiro Rodrigues da
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Damasceno, João Jorge Ribeiro
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780258E5
Vieira, Luiz Gustavo Martins
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4767723D6
Arouca, Fábio de Oliveira
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4189392Y6
Souza, Ana Marta de
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4763240T3
Silva, Meuris Gurgel Carlos da
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4788174D6
dc.contributor.author.fl_str_mv Cunha, Paula Cordeiro Rodrigues da
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia química
Eletrólise
Hidrogênio
Motores de combustão interna
Combustível
Electrolysis
Hydrogen
Fuel
Internal combustion engine
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
topic Engenharia química
Eletrólise
Hidrogênio
Motores de combustão interna
Combustível
Electrolysis
Hydrogen
Fuel
Internal combustion engine
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
description Hydrogen has important physicochemical and combustion properties that can be used to improve performance and pollutant emissions by vehicles. However, storage difficulties may limit the use of the same in internal combustion engines. Thus, in this research, developed in partnership with the Faculty of Mechanical Engineering (FEMEC/UFU), hydrogen gas was produced and consumed immediately to eliminate the need for a storage device. Firstly, a cell for alkaline electrolysis of water was built to produce hydrogen and to use it as a supplementary fuel in an internal combustion engine. In order to analyze the energy efficiency and the capacity of this electrolyzer, three different electrolytes (LiOH, NaOH and KOH) were analyzed. The experimental tests occurred at concentrations of 1 to 10 gmol/L of each electrolyte, with a variation of 1 gmol /L. The highest hydrogen flow rate was obtained using potassium hydroxide as electrolyte and a current of 23.5 A. Three different hydrogen flows (0, 150 and 300 mL/min) were introduced into the engine at three different speeds (1573, 2692 and 3879 rpm). In addition, the torque and power characteristic curves were obtained for each hydrogen flow added to the engine. According to the results, the emissions of unburned hydrocarbons and carbon monoxide decreased, while carbon dioxide emissions increased with the addition of hydrogen. The specific fuel consumption suffered reductions of between 0.20 to 10.43% when compared to the operation without hydrogen. There was an increase in engine torque and power, however, for rotations above approximately 4500 rpm, the addition of hydrogen did not result in changes in these properties. MBT and MBP values presented an average increase of 5.8 and 7.6%, respectively. The most significant effects were obtained with the introduction of 300 mL / min of the gas. It can be concluded that the use of hydrogen as supplementary fuel presented satisfactory results in both engine performance and pollutant emissions. It is believed that more promising results can be obtained with the addition of larger quantities of hydrogen and with control of the other parameters of the engine.
publishDate 2017
dc.date.none.fl_str_mv 2017-02-07
2018-04-02T15:07:40Z
2018-04-02T15:07:40Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv CUNHA, Paula Cordeiro Rodrigues da. Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna - 2017. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21039
ufu.http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2017.137
identifier_str_mv CUNHA, Paula Cordeiro Rodrigues da. Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna - 2017. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
ufu.http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2017.137
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21039
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1813711518688083968