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

VIDIGAL, Luis Pedro Vieira

dc.creator	VIDIGAL, Luis Pedro Vieira
dc.date.issued	2025-08-29
dc.identifier.citation	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.	pt_BR
dc.identifier.uri	https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4291
dc.description.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.	pt_BR
dc.language	por	pt_BR
dc.publisher	Universidade Federal de Itajubá	pt_BR
dc.rights	Acesso Aberto	pt_BR
dc.subject	Biometano	pt_BR
dc.subject	Motores de combustão interna	pt_BR
dc.subject	Gás natural veicular	pt_BR
dc.subject	Modelagem computacional	pt_BR
dc.title	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	pt_BR
dc.type	Tese	pt_BR
dc.date.available	2025-10-13
dc.date.available	2025-10-13T14:45:24Z
dc.date.accessioned	2025-10-13T14:45:24Z
dc.creator.Lattes	http://lattes.cnpq.br/0545308616277891	pt_BR
dc.contributor.advisor1	CORONADO, Christian Jeremi Rodriguez
dc.contributor.advisor1Lattes	http://lattes.cnpq.br/5213237888376188	pt_BR
dc.contributor.advisor-co1	MATTOS, Ana Paula
dc.contributor.advisor-co1Lattes	http://lattes.cnpq.br/9726516660384885	pt_BR
dc.contributor.advisor-co2	COSTA, Roberto Berlini Rodrigues da
dc.contributor.advisor-co2Lattes	http://lattes.cnpq.br/2422414815255012	pt_BR
dc.description.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.	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