Caracterização do processo de combustão de misturas de etanol e substitutos de combustíveis

Abstract

Optar pelo álcool ou gasolina no momento de abastecer o veículo, é uma realidade para o brasileiro desde 2003 quando a empresa BOSCH ®️ implementou a tecnologia de motores flex-fuel. Além desta liberdade, revisões das normas que regulam a participação do etanol na gasolina vêm sendo realizadas periodicamente para atender metas ambientais de participação de biocombustíveis na matriz energética brasileira. Em se tratando da garantia de redução de emissões de poluentes e aumento da eficiência dos motores de combustão interna, assegurar uma boa compreensão tanto da caracterização das diferentes misturas de combustíveis quanto de um projeto dimensional adequado para o motor de combustão interna são dois fatores essenciais. Neste trabalho foi realizada a caracterização do processo de combustão de misturas de etanol e substitutos de combustíveis, sendo este último composto por - (33,3% Isooctano/24,4% n-Heptano/14,4% Diisobutileno/27,87% Tolueno) - a fim de representar a gasolina real, e a partir deste substituto sete diferentes amostras representadas pelo percentual de etanol (E0, E10, E20, E30, E50, E85 e E100) foram utilizadas. Dados experimentais de curvas de pressão coletadas em motor CFR (Cooperative Fuel Research Engine) obtidas no umbral da detonação foram utilizadas como dados de entrada no software AVL-BOOST. O programa de simulação ajusta os dados experimentais de pressão para obter os parâmetros da função de Wiebe, desta forma, o processo de caracterização da combustão consistiu na determinação do comportamento da fração de massa de combustível queimado para cada uma das misturas de etanol e substitutos de combustível. Além das curvas de pressão, o AVL-BOOST foi alimentado com parâmetros de operação e geométricos do motor CFR nas condições dos experimentos. Os resultados mostraram-se satisfatórios quando comparados à literatura, permitindo sua utilização em futuros trabalhos que necessitem de melhor predição do fenômeno da combustão para as misturas de combustíveis utilizadas neste estudo.

Opt by ethanol or gasoline when filling the fuel tank, it’s a reality to Brazilians since 2013 when company BOSCH ®️ present flex-fuel technology for the vehicles. Beyond this freedom, revisions in the regulation laws that establish the participation of ethanol in gasoline has been reviewed periodically to attend environmental goals of biofuels in the total amount of Brazilian energy sources. When it comes to ensuring emission reduction and increased engine combustion efficiency, have a good comprehension both the characterization of different mixtures and development of a good engine design are two crucial tracks to take into account. In this work, the characterization of combustion process for different mixtures of ethanol and gasoline surrogates have been carried out. Gasoline surrogates are composed by the following hydrocarbons - (33,3% Iso-Octane / 24,4% n-Heptane / 14,4% Di-iso-butylene / 27,87% Toluene) - with the main to represent real gasoline. From this compound, respecting the proportion of each substance, seven different samples represented by the percentage of ethanol (E0, E10, E20, E30, E50, E85 e E100) were used in the simulations. Experimental data of cylinder pressure curve collected in a Cooperative Fuel Research Engine (CFR) obtained at the inception of detonation served as input for AVL-BOOST 1-D model. The software fit the data to obtain the coefficients of Wiebe function, therefore with fuel information it was possible to determine the mass fraction burned and the heat release during the engine cycle for each blends of gasoline surrogates and ethanol. The engine model was also filled with geometric and operational parameters of CFR engine in the experimental conditions. The characterization was completed for all the samples and showed a good prediction when compared to the literature, enabling the use of this content for future work.