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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna
Alternate title (s): Effect of the addition of hydrogen produced from alkaline electrolysis in the performance of an internal combustion engine
Author: Cunha, Paula Cordeiro Rodrigues da
First Advisor: Damasceno, João Jorge Ribeiro
Second Counselor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
First member of the Committee: Arouca, Fábio de Oliveira
Second member of the Committee: Souza, Ana Marta de
Third member of the Committee: Silva, Meuris Gurgel Carlos da
Summary: O hidrogênio possui importantes propriedades físico-químicas e de combustão que podem ser utilizadas para melhorar o desempenho e as emissões de poluente por veículos automotores. No entanto, dificuldades de armazenamento podem limitar o uso do mesmo em motores de combustão interna. Desta forma, nesta pesquisa, desenvolvida em parceria com a Faculdade de Engenharia Mecânica (FEMEC/UFU), hidrogênio gasoso foi produzido e consumido imediatamente para eliminar a necessidade de um dispositivo de armazenamento. Primeiramente, uma célula para eletrólise alcalina da água foi construída para produzir hidrogênio e utilizá-lo como combustível complementar em um motor de combustão interna. A fim de analisar a eficiência energética e a capacidade deste eletrolisador, três diferentes eletrólitos (LiOH, NaOH e KOH) foram analisados. Os ensaios experimentais ocorreram em concentrações de 1 a 10 gmol/L de cada eletrólito, com variação de 1 gmol/L. A maior vazão de hidrogênio foi obtida utilizando hidróxido de potássio como eletrólito e uma corrente de 23,5 A. Três diferentes vazões de hidrogênio (0,150 e 300 mL/min) foram introduzidas no motor em três velocidades de rotação distintas (1573, 2692 e 3879 rpm). Além disso, foram obtidas as curvas características de torque e potência para cada vazão de hidrogênio adicionada ao motor. De acordo com os resultados, as emissões de hidrocarbonetos não queimados e de monóxido de carbono diminuíram, enquanto que as emissões de dióxido de carbono aumentaram com a adição de hidrogênio. O consumo específico de combustível sofreu reduções entre 0,20 a 10,43%, quando comparado com a operação sem de hidrogênio. Houve aumento no torque e na potência do motor, entretanto, para rotações acima de aproximadamente 4500 rpm, a adição de hidrogênio não resultou em alterações nestas propriedades. Os valores de MBT e MBP apresentaram um acréscimo médio de 5,8 e 7,6%, respectivamente. Os efeitos mais significativos foram obtidos com a introdução de 300 mL/min do gás. Pode-se concluir que a utilização de hidrogênio como combustível suplementar apresentou resultados satisfatórios tanto no desempenho do motor quanto nas emissões de poluentes. Acredita-se que resultados mais promissores podem ser obtidos com a adição de maiores quantidades de hidrogênio e com controle dos demais parâmetros do motor.
Abstract: Hydrogen has important physicochemical and combustion properties that can be used to improve performance and pollutant emissions by vehicles. However, storage difficulties may limit the use of the same in internal combustion engines. Thus, in this research, developed in partnership with the Faculty of Mechanical Engineering (FEMEC/UFU), hydrogen gas was produced and consumed immediately to eliminate the need for a storage device. Firstly, a cell for alkaline electrolysis of water was built to produce hydrogen and to use it as a supplementary fuel in an internal combustion engine. In order to analyze the energy efficiency and the capacity of this electrolyzer, three different electrolytes (LiOH, NaOH and KOH) were analyzed. The experimental tests occurred at concentrations of 1 to 10 gmol/L of each electrolyte, with a variation of 1 gmol /L. The highest hydrogen flow rate was obtained using potassium hydroxide as electrolyte and a current of 23.5 A. Three different hydrogen flows (0, 150 and 300 mL/min) were introduced into the engine at three different speeds (1573, 2692 and 3879 rpm). In addition, the torque and power characteristic curves were obtained for each hydrogen flow added to the engine. According to the results, the emissions of unburned hydrocarbons and carbon monoxide decreased, while carbon dioxide emissions increased with the addition of hydrogen. The specific fuel consumption suffered reductions of between 0.20 to 10.43% when compared to the operation without hydrogen. There was an increase in engine torque and power, however, for rotations above approximately 4500 rpm, the addition of hydrogen did not result in changes in these properties. MBT and MBP values presented an average increase of 5.8 and 7.6%, respectively. The most significant effects were obtained with the introduction of 300 mL / min of the gas. It can be concluded that the use of hydrogen as supplementary fuel presented satisfactory results in both engine performance and pollutant emissions. It is believed that more promising results can be obtained with the addition of larger quantities of hydrogen and with control of the other parameters of the engine.
Keywords: Engenharia química
Eletrólise
Hidrogênio
Motores de combustão interna
Combustível
Electrolysis
Hydrogen
Fuel
Internal combustion engine
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: CUNHA, Paula Cordeiro Rodrigues da. Efeito da adição de hidrogênio produzido a partir de eletrólise alcalina no desempenho de um motor de combustão interna - 2017. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
Document identifier: ufu.http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2017.137
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21039
Date of defense: 7-Feb-2017
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