Fenômenos de termodinâmica e transferência de calor em sistemas de aquecimento de combustível para partida a frio de motores de combustão interna

On the thermodynamics and heat transfer phenomena of fuel heating systems for engine cold start system

OLIVEIRA, Arthur V. S.; ALEGRE, Guilherme H. M.; SANTOS, Rogério G.; SANTOS, Rogério G.; WINDLIN, Fernando L.

Artigo:

No Brasil, o etanol é um popular combustível alternativo à gasolina, especialmente após 2003, quando veículos Flexfuel foram introduzidos no mercado. No entanto, há complicações durante a partida a frio do motor com etanol, devido à sua baixa pressão de vapor e alto ponto de fulgor. A primeira solução para superar o problema foi injeção de gasolina para partida do motor em baixas temperaturas, utilizando uma linha de combustível própria para este fim. Recentemente, a solução de injeção de combustível aquecido foi adotada no mercado pelas montadoras. Seu projeto envolve conceitos de transferência de calor e termodinâmica que devem ser considerados para projetar os componentes e prever seu desempenho, de forma a aquecer o combustível o mais rápido possível de forma segura. O presente trabalho é uma breve discussão sobre a termodinâmica do aquecimento de combustível e fenômenos de transferência de calor que ocorrem neste processo. Maior atenção é dada à transferência de calor por ebulição, com os resultados experimentais deste fenômeno com etanol e gasolina. Resultados de Fluidodinâmica Computacional (CFD) também são apresentados, mostrando sua capacidade qualitativa de prever o comportamento do aquecimento que auxiliam o desenvolvimento de produtos.

No Brasil, o etanol é um popular combustível alternativo à gasolina, especialmente após 2003, quando veículos Flexfuel foram introduzidos no mercado. No entanto, há complicações durante a partida a frio do motor com etanol, devido à sua baixa pressão de vapor e alto ponto de fulgor. A primeira solução para superar o problema foi injeção de gasolina para partida do motor em baixas temperaturas, utilizando uma linha de combustível própria para este fim. Recentemente, a solução de injeção de combustível aquecido foi adotada no mercado pelas montadoras. Seu projeto envolve conceitos de transferência de calor e termodinâmica que devem ser considerados para projetar os componentes e prever seu desempenho, de forma a aquecer o combustível o mais rápido possível de forma segura. O presente trabalho é uma breve discussão sobre a termodinâmica do aquecimento de combustível e fenômenos de transferência de calor que ocorrem neste processo. Maior atenção é dada à transferência de calor por ebulição, com os resultados experimentais deste fenômeno com etanol e gasolina. Resultados de Fluidodinâmica Computacional (CFD) também são apresentados, mostrando sua capacidade qualitativa de prever o comportamento do aquecimento que auxiliam o desenvolvimento de produtos.

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/engpro-simea2016-PAP26

Referências bibliográficas

• [1] LEITE, R. C.; CORTEZ, L. A. B.. O Etanol Combustível no Brasil. Disponível em http://sistemas.mre.gov.br/kitweb/datafiles/NovaDelhi/pt-br/file/Biocombustiveis_04-etanolcombustivelnobrasil.pdf. Acesso em: 07 de Maio de 2016.
• [2] Automotive Business. Tecnologia Bicombustível Completa Dez Anos. Disponível em http://www.automotivebusiness.com.br/noticia/16605/tecnologia-bicombustivel-completa-dez-anos. Acesso em: 07 de Maio de 2016.
• [3] U.S. Coast Guard. Chemical Hazard Response Information System (CHRIS) - Hazardous Chemical Data. Disponível em: http://www.uscg.mil/directives/cim/16000-16999/CIM_16465_12C.pdf. Acesso em: 26 de Maio de 2016.
• [4] FAJGENBAUM, R. Influência da Temperatura do Combustível nos Parâmetros de Atomização de um Atomizador Utilizado em Bicos Injetores Automotivos. Tese de Mestrado, Faculdade de Engenharia Mecânica, UNICAMP. 2013.
• [5] NIGRA JÚNIOR, E. L. P. Análise da influência da temperatura e da pressão de injeção e do tipo de combustível nas caracteristicas do spray de injetores PFI. Tese de Mestrado, Faculdade de Engenharia Mecânica, UNICAMP. 2016.
• [6] POLING, B. E.; PRAUSNITZ, J. M.; O’CONNELL, J. P.. The Properties of Gases and Liquids. 5ª Ed. Michigan: McGraw-Hill, 2001.
• [7] HUANG, Y.; HUANG, S.; HUANG, R.; HONG, G.. Spray and Evaporation Characteristics of Ethanol and Gasoline Direct Injection in Non-Evaporating, Transition and Flash-Boiling Conditions. Energy Conversion and Management, Vol. 108, pp. 68-77, 2016.
• [8] SALES, L. C. M.; SODRÉ, J. R.. Cold Start Emissions of an Ethanol-Fuelled Engine with Heated Intake Air and Fuel. Fuel, Vol. 95, pp. 122-125, 2012.
• [9] INCROPERA, F. P.; DEWITT, D. P.; BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S.. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 6ª Ed, John Wiley & Sons, 2006.
• [10] ROHSENOW, W. M.; HARTNETT, J. P.; CHO, Y. I.. Handbook of Heat Transfer. 3ª Ed, McGraw-Hill, 1998.
• [11] PARK, J.; FUKUDA, K.; LIU, Q.. Transient CHF Phenomena Due to Exponentially Increasing Heat Inputs. Nuclear Engineering and Technology, Vol. 41, pp. 1205-1214, 2009.
• [12] BOUCHER, M. The ROI of the Concurrent Design with CFD. Aberdeen Group, Inc. 2011.

Como citar:

OLIVEIRA, Arthur V. S. ; ALEGRE, Guilherme H. M. ; SANTOS, Rogério G. ; SANTOS, Rogério G. ; WINDLIN, Fernando L. ; "Fenômenos de termodinâmica e transferência de calor em sistemas de aquecimento de combustível para partida a frio de motores de combustão interna", p-189-201. In: Anais do XXIV Simpósio Internacional de Engenharia Automotica - SIMEA 2016 [=Blucher Engineering Proceedings].. São Paulo: Blucher, 2016.
ISSN 23577592, DOI 10.5151/engpro-simea2016-PAP26