Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Estudo computacional da calibração e substituição do gás natural veicular por biometano em um motor de ignição por centelha e seu impacto no setor de mobilidade urbana brasileiro
Autor(es): VIDIGAL, Luis Pedro Vieira
Primeiro Orientador: CORONADO, Christian Jeremi Rodriguez
metadata.dc.contributor.advisor-co1: MATTOS, Ana Paula
metadata.dc.contributor.advisor-co2: COSTA, Roberto Berlini Rodrigues da
Resumo: A intensificaçãodasmudançasclimáticaseadeterioraçãodaqualidadedoar demandam soluçõesenergéticassustentáveisqueconciliemamobilidadeveicularcoma mitigação dasemissõesdegasesdeefeitoestufa(GEE).Entreasalternativas,obiometano despontacomosubstitutoviávelaogásnaturalveicular(GNV),devidoàsimilaridade de suaspropriedadesfísico-químicaseaoseupotencialdereduziremissõesdeGEE sem anecessidadedemudançasestruturaisnainfraestruturadeabastecimento.Neste trabalho, desenvolveu-se,pormeiodesimulaçõesnuméricasno software GT-SUITE®, a calibração deummotordeigniçãoporcentelhaempregadocomercialmenteemveículos levesoriginalmenteprojetadoparaGNV.Oestudocontemploutantoasubstituiçãodireta do combustívelquantoacalibraçãootimizadadoavançodeigniçãoparamaximizaro desempenhoeminimizaremissõesdeGEE.Taismodificaçõessãoconsideradasfactíveis, poisnãorequeremmodificaçõesfísicasnomotor,massim,umamodificaçãodomapa do motornacentraleletrônica.Nasubstituiçãodireta,semajustesdecalibração,não se observaramperdassignificativasdetorqueepotência,registrando-sereduçõesdeaté 1,94% em CO2, 4,03%em CO e 2,26%em NOx. Comacalibraçãodoavançodeignição, reduzido de1° a 3° de atrasoemrelaçãoaoGNV,obteve-semelhoriadedesempenho, com ganhosdepotênciaeeficiênciatérmica,alémdereduçõesadicionaisdeemissões, alcançando 2,30%para CO2, 4,48%para CO e 1,64%para NOx. Aoavaliarasubstituição de GNVporbiometano,combasenosdadosobtidosdeemissõesdeGEEnassimulações numéricas,nafrotadeveículosbrasileiraenaestimativadoconsumoedistânciapercorrida pelafrotadeveículosaGNVnoBrasil,seobservouqueasubstituiçãodoGNVpor biometano nafrotabrasileirapoderiamitigaraté79,51miltoneladasde CO2 e 18,12mil toneladas de NOx porano.Avaliou-seademandaenergéticaassociadaaoprocessode purificação, evidenciandoqueaviabilidadetécnicadeveseracompanhadadepolíticas públicas elegislaçõesespecíficasqueincentivemaproduçãoeusoveiculardobiometano. Os resultadosdemonstramqueobiometano,especialmentecomcalibraçãoadequada,é uma alternativacompetitivaeambientalmentevantajosafrenteaoGNV,contribuindopara a descarbonizaçãodosetordetransporteseparaavalorizaçãoderesíduosorgânicosno Brasil. Aimplementaçãodessatecnologia,aliadaamecanismosregulatóriosdeincentivo, podeampliaraparticipaçãodecombustíveisrenováveisnamatrizenergéticaereduzir significativamenteapoluiçãoatmosférica.
Abstract: The intensificationofclimatechangeandthedeteriorationofairqualitydemand sustainable energysolutionsthatreconcilevehicularmobilitywiththemitigationofgreen- house gas(GHG)emissions.Amongthealternatives,biomethaneemergesasaviable substitute forcompressednaturalgas(CNG),duetothesimilarityoftheirphysicochemical propertiesanditspotentialtoreduceGHGemissionswithoutrequiringstructuralchanges to therefuelinginfrastructure.Inthiswork,throughnumericalsimulationsusingthe GT-SUITE® software,thecalibrationofaspark-ignitionenginecommerciallyemployedin light-dutyvehiclesoriginallydesignedforCNGwasdeveloped.Thestudyconsideredboth the directfuelsubstitutionandtheoptimizedignitiontimingcalibrationtomaximize performanceandminimizeGHGemissions.Suchmodificationsaredeemedfeasiblesince they donotrequirephysicalchangestotheengine,butratheranadjustmentoftheengine map intheelectroniccontrolunit.Inthedirectsubstitutioncase,withoutcalibration adjustments,nosignificantlossesintorqueandpowerwereobserved,withrecorded reductions ofupto1.94%in CO2, 4.03%in CO, and2.26%in NOx. Withignition timing calibration,retardedby1° to 3° compared toCNG,performanceimprovements wereachieved,withgainsinpowerandthermalefficiency,inadditiontofurtheremission reductions, reaching2.30%for CO2, 4.48%for CO, and1.64%for NOx. Whenassessing the substitutionofCNGbybiomethane,basedontheGHGemissiondataobtainedfrom numericalsimulations,theBrazilianvehiclefleet,andtheestimatedfuelconsumption and mileageofCNG-poweredvehiclesinBrazil,itwasobservedthatthereplacement of CNGbybiomethaneinthenationalfleetcouldmitigateupto79.51thousandtons of CO2 and 18.12thousandtonsof NOx peryear.Theenergydemandassociatedwith the purificationprocesswasalsoevaluated,highlightingthattechnicalfeasibilitymustbe accompanied bypublicpoliciesandspecificlegislationtofosterbiomethaneproduction and vehicularuse.Theresultsdemonstratethatbiomethane,particularlywithproper calibration, isacompetitiveandenvironmentallyadvantageousalternativecompared to CNG,contributingtothedecarbonizationofthetransportationsectorandtothe valorizationoforganicwasteinBrazil.Theimplementationofthistechnology,coupled with regulatoryincentivemechanisms,mayincreasetheshareofrenewablefuelsinthe energy matrixandsignificantlyreduceairpollution.
Palavras-chave: Biometano
Motores de combustão interna
Gás natural veicular
Modelagem computacional
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
Citação: VIDIGAL, Luis Pedro Vieira. Estudo computacional da calibração e substituição do gás natural veicular por biometano em um motor de ignição por centelha e seu impacto no setor de mobilidade urbana brasileiro. 2025. 159 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4291
Data do documento: 29-Ago-2025
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