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Simulação fluidodinâmica, projeto e construção de uma câmara de combustão flameless de 20 kW para uma mistura de óleo pirolítico de pneu usado e diesel S10

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dc.creator AYALA, German Raul Chumpitaz
dc.date.issued 2020-12-07
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2404
dc.description.abstract Currently combustion processes represent the largest amount of energy generated in the world, energy used to sustain the current lifestyle, therefore it is also an important source of pollutants that promote the main contemporary environmental problems. Over time, due to its importance, researches regarding the improvement of combustion processes have been conducted in a variety of fields, such as yield improvement and use of new types of fuels. Among the new technologies used, flameless combustion offers basically a good yield combined to low emission of NOx and CO, and it is researched widely with gaseous fuels. The use of liquid and solid fuels has still been explored in the last years in a limited form, comparing with gaseous fuels. In this thesis, a combustion chamber was designed and built operating in a flameless combustion regime using non-traditional liquid fuels (waste tire Pyrolitic Oil) and diesel, for this purpose an effervescent injector was designed to guarantee the atomization inside the chamber. A computational simulation model was created and validated using the commercial Fluent/ANSYS® Academic Student 2019 R2 software to numerically determine the conditions under which flameless combustion using S-10 diesel would take place. The simulation results were compared to experiments performed in flameless chambers of similar geometry observing the results of the temperatures and the internal recirculation patterns (current lines) of the burned gases. The best recirculation conditions and temperature homogeneity were obtained for coefficients of excess air (λ) higher than 1.2. From the results of the fluid dynamics simulation, an effervescent type injector and a small combustion chamber, designed to work with up to 20kW, were designed and built. This chamber was tested with S-10 Diesel and with mixtures of S-10 Diesel and TPO (tyre pyrolysis oil) in mixtures of: 98% S-10 Diesel & 2% TPO, 95% S-10 Diesel & 5% TPO and 90% S-10 Diesel & 10% TPO. The carried out tests resulted in obtaining the flameless combustion regime with the extinction of the traditional flame, besides homogenization of temperatures within the chamber and a drop in NOx gas emissions. pt_BR
dc.description.sponsorship Agência 1 pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Combustão sem chama pt_BR
dc.subject Atomização pt_BR
dc.subject Injetor efervescente pt_BR
dc.subject Projeto pt_BR
dc.subject imulação fluidodinâmica pt_BR
dc.title Simulação fluidodinâmica, projeto e construção de uma câmara de combustão flameless de 20 kW para uma mistura de óleo pirolítico de pneu usado e diesel S10 pt_BR
dc.type Tese pt_BR
dc.date.available 2021-04-23
dc.date.available 2021-04-23T20:27:52Z
dc.date.accessioned 2021-04-23T20:27:52Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/8509949579532982 pt_BR
dc.contributor.advisor1 RODRIGUEZ, Christian Jeremi Coronado
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/5213237888376188 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 CORTEZ, Ely Vieira
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/9668291432330877 pt_BR
dc.description.resumo Atualmente processos de combustão representam a maior quantidade de energia gerada no mundo, energia utilizada para sustentar o estilo de vida atual. Devido a isto ela é também uma importante fonte de poluentes que fomentam os principais problemas ambientais contemporâneos. Com o decorrer do tempo devido a sua importância, a pesquisa no aprimoramento dos processos de combustão tem sido conduzida em vários âmbitos como, por exemplo, a melhora do rendimento e o emprego de novos tipos de combustíveis. Dentro das novas tecnologias utilizadas, a combustão sem chama (flameless combustion), oferece basicamente um bom rendimento com uma baixa emissão de NOx e CO, sendo pesquisada amplamente com combustíveis gasosos. A utilização de combustíveis líquidos e sólidos vem sendo explorada nos últimos anos ainda em forma limitada, comparada aos combustíveis gasosos. Nesta tese, foi projetada e construída uma câmara de combustão que trabalha em regime de combustão sem chama, utilizando combustíveis líquidos não tradicionais (Óleo Pirolítico de pneu usado) e diesel. Para isto foi projetado um injetor efervescente para garantir a atomização e vaporização dentro da câmara. Um modelo de simulação computacional foi criado e validado utilizando o software comercial Fluent/ANSYS® Academic Student 2019 R2 para determinar numericamente as condições nas quais se desenvolveria a combustão sem chama utilizando diesel S-10. Os resultados das simulações foram comparados com trabalhos realizados em câmaras flameless de geometria similar observando-se os resultados das temperaturas e os padrões de recirculação interna (linhas de corrente) dos gases queimados. As melhores condições de recirculação e de homogeneidade das temperaturas foram obtidas para coeficientes de excesso de ar (λ) superiores a 1,2. Com os resultados da simulação fluidodinâmica, foram projetados e construídos um injetor do tipo efervescente e uma câmara de combustão de pequeno porte para uma potência de até 20kW. Esta câmara foi testada com Diesel S-10 e com misturas de Diesel S-10 e TPO (tyre pyrolysis oil) em concentrações mássicas de: 98% Diesel S-10 & 2% TPO, 95% Diesel S-10 & 5 % TPO e 90% Diesel S-10 & 10 % TPO. Os testes realizados resultaram na obtenção do regime de combustão sem chama (flameless) com a extinção da chama tradicional, homogeneização das temperaturas dentro da câmara e a redução das emissões de gases NOx. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IEM - Instituto de Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA pt_BR
dc.relation.references AYALA, German Raul Chumpitaz. Simulação fluidodinâmica, projeto e construção de uma câmara de combustão flameless de 20 kW para uma mistura de óleo pirolítico de pneu usado e diesel S10. 2020. 121 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2020. pt_BR


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