Análise do desempenho, emissões e combustão de um motor diesel operando com óleo de soja preaquecido por irradiação de micro-ondas

Abstract

As rígidas legislações para emissões de poluentes, bem como o alto preço dos combustíveis de origem fóssil, têm estimulado a busca por combustíveis alternativos e de fontes renováveis, que possam oferecer altas eficiências e uma combustão mais limpa. Em especial para motores diesel, o óleo vegetal tem se mostrado como um promissor substituto do óleo diesel, apresentando principalmente menores emissões de MP e HC. Porém sua alta viscosidade tem gerado problemas na utilização in natura, que tem sido parcialmente solucionado através do seu preaquecimento por métodos convencionais, utilizando resistências elétricas ou o calor residual dos gases de exaustão. Neste trabalho, a utilização da irradiação de micro-ondas apresenta-se como uma alternativa inovadora para o processo de preaquecimento do óleo vegetal. O estudo foi desenvolvido em parceria com os laboratórios de Química e de Motores da Universidade Federal de Santa Maria. Um micro-ondas industrial, com possibilidade de variação de potência, foi instalado na entrada da bomba injetora do combustível. Dessa forma, foram realizados estudos dos parâmetros de desempenho, emissões e combustão de um motor diesel operando com óleo de soja in natura preaquecido por irradiação de micro-ondas. Os resultados foram comparados ao desempenho do motor operando com óleo de soja preaquecido por resistências elétricas e ao motor operando com óleo diesel. Os testes foram desenvolvidos para duas cargas (5 e 3 bar de pressão média efetiva indicada - IMEP) e para três rotações (1800, 2200 e 2600 rpm). Durante cada teste foram realizadas as medições de torque, consumo de combustível, emissões (NOX, CO e HC), temperaturas (combustível, óleo do motor, gases de exaustão, etc.), pressão de cilindro e pressão de injeção. A aplicação de modelo zero-dimensional foi considerada para análise da combustão a partir dos dados experimentais. Através deste modelo foram levantadas informações referentes à taxa de liberação de calor, temperatura média de cilindro, início da combustão, duração da combustão e atraso de ignição. Os resultados foram satisfatórios para o aquecimento com micro-ondas, apresentando para alguns pontos de operação maiores eficiências, maiores taxas de liberação de calor e menores durações de combustão em comparação ao aquecimento resistivo e ao óleo diesel. Os resultados de emissões também foram satisfatórios.

Abstract : The stricter limits for pollutant emissions and the higher price of fóssil fuels have stimulated the research of alternative fuels from renewable sources. The vegetable oils stands out as a good alternative in replacement of diesel fuel. However the higher viscosity of them have been causing some problems in its uses. The problems have been partially solved by preheating the vegetable oils using electrical resistances and the exhaust heat. In this way the microwave irradiation is a interesting and innovative alternative to preheat the vegetable oil. The study was developed in partnership with the chemistry and internal combustion engines laboratories at Federal Univeristy of Santa Maria. A industrial microwave generator with variable power was installed near at fuel injection pump inlet. Therefore, the study of performance, emissions and combustion parameters were performed in a diesel engine fuelled with straight soybean oil preaheated by microwave irradiation. The results were compared to the engine operating with raw soybeal oil preheated by electrical resistances and diesel fuel at ambient temperature. The tests were performed for two loads (5 and 3 bar of indicated mean e_ective pressure-IMEP) and three speeds (1800, 2200 and 2600 rpm). For each test the measurement of torque, speci_c fuel consumption, emissions (NOX, HC and CO), temperatures (engine oil, exhaust gas, etc.), cylinder pressure and injection pressure were performed. A zero-dimensional model was used to analyze the combustion process from experimental data. Informations about heat release rate, mean cylinder temperatures, start of combustion, combustion duration and ignition delay were obtained from this model. The _nal results for the microwave irradiation were satisfactory with higher e_ciencies, higher heat release rate and lower combustion durations. The emissions results presented a signi_cant decrease in CO emissions and higher NOX emissions.