Simulação da reforma catalítica do etanol a partir do reaproveitamento do calor proveniente dos fumos de um motor de combustão interna
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Tipo de produção
Trabalho de Conclusão de Curso
Data
2021-06-17
Autores
Guain, Aymê Utimati
Assi, Elody Georges
Oliveira, Gabriel Felipe Leme de
Silva, Gusthavo Trevisan
Assi, Elody Georges
Oliveira, Gabriel Felipe Leme de
Silva, Gusthavo Trevisan
Orientador
Poço, João Guilherme Rocha
Periódico
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Palavras-chave
reforma catalítica,motor de combustão interna,etanol,hidrogênio
Resumo
Cada vez mais se aumenta a busca por rotas alternativas para geração de energia. O modo mais comum de gerar potência em meios de transportes populares como carros, ônibus e motos, é o motor à combustão interna. O problema encontra-se na eficiência energética de 20% a 30%, devido ao fato de que grande parte da potência é desperdiçada em forma de calor dissipado. Um meio de aumentar a eficiência de um motor à combustão de etanol é a recuperação da energia térmica dos fumos a partir da reforma do etanol. Tal reação endotérmica ocorre utilizando-se a energia que geralmente é despejada na atmosfera em forma de fumos quentes oriundos da combustão do etanol. Há algumas vantagens do uso do etanol em relação a outros combustíveis como a gasolina e o diesel, por exemplo, ser uma fonte renovável com um ciclo de vida quase perfeito. Desta forma, a proposta é projetar um reator, baseado em balanços de massa e energia, para a reforma de etanol utilizando-se a energia dos gases de escape, visando o aumento de eficiência do ciclo de combustão no motor. Uma breve análise termodinâmica, assim como os cálculos para dimensionamento dos equipamentos do processo de reforma a vapor do etanol foram realizados com o auxílio do software Excel. O software de simulação Ansys foi utilizado para simular a queda de pressão nos fumos. A troca de calor no sistema é baixa, apesar da grande força motriz entre os fumos e fluido de reforma. No modelo ideal a energia em relação ao potencial aumenta, pois mesmo o hidrogênio tendo uma energia de combustão menor que a do etanol, por estar presente em grande quantidade, este aumenta a energia total da mistura. Como resultado, há redução no consumo de combustível, pequena perda de energia no combustível aditivado e queda de pressão desprezível nos fumos. O silenciador pode ser substituído pelo vaporizador.
The search for alternative energy generation methods has significantly increased in recent years. The internal combustion engine is the most common way to generate power for cars, buses, motorcycles and other means of transportation. However the major drawback is its low efficiency of 20% to 30% due to the waste of energy as heat loss. An effective solution to increase the efficiency of a combustion engine is to recover the thermal energy of the ethanol fumes for the steam reforming of ethanol. The endothermic reaction uses the energy from ethanol combustion that is usually released to the atmosphere as combustion fumes. There are many advantages of using ethanol as fuel instead of gasoline or diesel. As an example, besides being a renewable source of energy, the ethanol has an almost perfect life cycle. Therefore this project proposes the development of a reactor for steam reforming of exhaust gases by using mass and energy balances to improve the engine combustion cycle efficiency. The goal of the study is to enhance fuel specific energy in order to reduce its consumption. The basic thermodynamical analysis and the equipment design of the process are accomplished using the Excel software. The Ansys, Inc software was used to simulate fumes pressure drop. The system presents low heat exchange despite the high driving force between fumes and reforming fluid. The ideal model results reveal that energy production per mol of CO2 increases. Although the hydrogen has a lower combustion energy than the ethanol, the overall fuel energy potential is increased by the large amount of hydrogen in the fuel mixture. The results indicate reduced fuel consumption, very small energy loss in the mixed fuel and negligible pressure drop in the fumes. The car silencer can be replaced by the heat exchanger.
The search for alternative energy generation methods has significantly increased in recent years. The internal combustion engine is the most common way to generate power for cars, buses, motorcycles and other means of transportation. However the major drawback is its low efficiency of 20% to 30% due to the waste of energy as heat loss. An effective solution to increase the efficiency of a combustion engine is to recover the thermal energy of the ethanol fumes for the steam reforming of ethanol. The endothermic reaction uses the energy from ethanol combustion that is usually released to the atmosphere as combustion fumes. There are many advantages of using ethanol as fuel instead of gasoline or diesel. As an example, besides being a renewable source of energy, the ethanol has an almost perfect life cycle. Therefore this project proposes the development of a reactor for steam reforming of exhaust gases by using mass and energy balances to improve the engine combustion cycle efficiency. The goal of the study is to enhance fuel specific energy in order to reduce its consumption. The basic thermodynamical analysis and the equipment design of the process are accomplished using the Excel software. The Ansys, Inc software was used to simulate fumes pressure drop. The system presents low heat exchange despite the high driving force between fumes and reforming fluid. The ideal model results reveal that energy production per mol of CO2 increases. Although the hydrogen has a lower combustion energy than the ethanol, the overall fuel energy potential is increased by the large amount of hydrogen in the fuel mixture. The results indicate reduced fuel consumption, very small energy loss in the mixed fuel and negligible pressure drop in the fumes. The car silencer can be replaced by the heat exchanger.