Modelagem e simulação de ciclos motores Miller, Otto e Diesel : um estudo comparativo baseado nas emissões e parâmetros operacionais

Abstract

Motores de combustão interna representam um importante equipamento para a transformação/geração de energia e amplamente utilizados nos setores energéticos e de transporte. Esta condição, aliada ao uso intensivo de combustíveis derivados de petróleo, origina problemas ambientais no uso destes equipamentos. Como forma de contribuir na busca de melhorias na eficiência energética dos motores e na mitigação dos problemas ambientais, o presente trabalho avalia comparativamente o uso de um ciclo Miller como contrapartida aos ciclos Otto e Diesel. A análise é baseada em estudos de simulação numérica dos ciclos motores envolvidos. O modelo foi construído considerando os processos termodinâmicos que ocorrem em cada tempo do motor, incluindo a transferência de calor pelas paredes do cilindro, a abertura e fechamento de válvulas e o processo de combustão. O modelo também inclui uma análise de formação de poluentes e esta é avaliada através de condições de equilíbrio químico e da cinética da combustão. As equações do modelo são resolvidas através do método de diferenças finitas através de um algoritmo programado em Matlab. O modelo foi validado com resultados experimentais da literatura. A partir das análises observa-se que o motor Miller apresenta menor nível de emissão específica de NOx quando comparado aos motores Otto e Diesel. Adicionalmente a emissão tende a ser menor com o aumento do ângulo em que a válvula de admissão permanece aberta durante o estágio de compressão e também será menor com o aumento da rotação do motor. Com o aumento no atraso do fechamento da válvula de admissão durante a compressão, o motor Miller desenvolve um torque e uma potência menor que os motores Diesel e Otto, consequentemente, o consumo específico de combustível do motor Miller será maior. A utilização do motor Miller é mais viável do ponto de vista do consumo de combustível e emissão de NOx, em baixa rotação a 1000rpm consome 439,47 g/kWh de gasolina. O motor Miller emite 91,5 % menos do que o motor Diesel e 9,5 % menos do que o motor Otto.