Análise energética, exergética e experimental em um motor de combustão interna usando como combustível os fluidos do processo de pirólise assistida por micro-ondas.

Abstract

Este trabalho visa realizar uma análise energética, exergética e experimental comparando um combustível fóssil (óleo diesel) e os efluentes obtidos do processo de pirólise assistida por micro-ondas do Eucaliptus Citriodora, realizado pela UPEC-250, com produção de 250kg/h de carvão vegetal e potencial para (i) atender a demanda nacional (10 milhões de toneladas) de carvão vegetal para a siderurgia e (ii) geração de eletricidade, com controle preciso da produção e adaptável às condições sustentáveis de manejo florestal. Neste sentido, uma revisão bibliográfica sobre pirólise e motores de combustão interna, uma análise energética e exergética teórica „single-zone model‟ em regime permanente foram elaboradas. A combustão foi modelada no software CEA (Chemical equilibrium with applications da NASA Glenn Research Center). Os resultados de caracterização física e de cromatografia gasosa acoplada a espectrômetro de massa do GNC e do bio-óleo mostraram um PCI de 10.838,46 kJ/kg e 7.781,98 kJ/kg, respectivamente. A partir destes resultados, foi realizada a modelagem do processo de combustão em um motor Scania modelo DC13072A.403-487 a diesel (motor adquirido no projeto de pesquisa), variando a razão de equivalência de 0,8 a 1,2 para três situações: uma utilizando a mistura bio-óleo/diesel na proporção de 75%-25%, a outra utilizando apenas GNC e outra utilizando apenas o combustível Jet-A (semelhante ao diesel). Os resultados teóricos mostraram que para atingir o desempenho energético com óleo diesel, rendimento térmico de 41%, calor rejeitado nos gases de exaustão de 34,8%, calor rejeitado na refrigeração de 13,1%, calor rejeitado na lubrificação de 7% e perdas por radiação de 4,1% demandou-se 0,45 kg/s de combustível e 1084,69 kW de calor. O GNC atingiu estas condições a partir da razão de equivalência de 0,90 (0,4334 kg/s), o bio-óleo a partir de 0,8 (0,4418 kg/s) e o Jet-A em 0,9 (0,4334 kg/s). A análise exergética mostrou para o GNC um aumento de 25,76% a 29,37% na eficiência, para o bio-óleo/óleo diesel um aumento de 20,71% a 23,10% e para o Jet-A um aumento de 19,79% a 22,37%. O diâmetro do injetor, o SMD das gotículas e outras características do spray foram calculados. Foi realizado um ensaio experimental com uma mistura pré-aquecida (acima de 70°C) de óleo diesel/bio-óleo (S10-5). Verificou-se que o resultado estimado (1MWh) de eletricidade depende de melhorias na injeção de combustível, no comportamento do spray e em tecnologia para, diminuir a viscosidade do bio-óleo, produzir misturas com óleo diesel e alcançar escala industrial.