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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4291
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 |
Aparece nas coleções: | Teses |
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