Diminuição de rejeição térmica em motores a combustão

Abstract

Estudos recentes mostram tendência de desenvolvimento de sistemas capazes de recuperar energia dos gases de escape. Apesar de ser de fato uma fonte de energia, os sistemas para recuperação instalados na linha de exaustão mostram grande complexidade e necessidade de muito espaço de instalação. O presente estudo demonstra a viabilidade de recuperação de energia do sistema de arrefecimento com espaço de instalação reduzido. O estudo propõe a geração de vapor através de perfis instalados nas paredes da câmara de combustão e sua aplicação em um ciclo Rankine para gerar trabalho através de expansor. A simulação realizada com o software GT-Power demonstra a possibilidade de extrair calor das câmaras com a mesma eficiência de um sistema convencional de arrefecimento por água e aditivo. Paralelamente, o estudo propõe um sistema de recirculação de gases de exaustão sem o uso de um trocador de calor, patenteado pela empresa patrocinadora, complementando a estratégia para evitar o uso desnecessário de energia em um motor a combustão. Os gases provenientes da linha de baixa pressão da exaustão são admitidos pela linha de ar limpo, em alta pressão, através do uso de uma válvula Laval. Os resultados são provenientes de uma rotina de cálculo em Excel, base VBA. O sistema permite que os gases fluam por fora da turbina e elimina a necessidade de um trocador de calor, resolvendo o maior problema dos sistema convencionais de recirculação de gases em baixa pressão. A combinação das duas soluções, baseado em estimativas conservadoras, pode levar a redução de consumo de combustível de acima de 7%

Recent studies show a tendency of waste heat recovering from engines exhaust gases. Through the analysis of those cases, it was possible to identify the high complexity to adapt a Rankine cycle to the known vehicle systems, in combination with combustion engines. Since a high amount of energy is lost from the cooling system, the present study proposes a better use, and analyzes the feasibility of recovering part of it. It also seeks to present a solution for steam generation using part of the energy lost through the combustion chamber walls, as an alternative solution for the conventional exhaust gases heat exchanger. A heat exchanger was developed to substitute the conventional combustion chamber walls, in order to heat a working fluid and activate an expander of a Rankine cycle. A simulation was done using the software GT-Power and the result shows that the purposed systems is able to remove the rejected heat from the combustion chamber as well as the conventional cooling systems. Additionally, the present study shows an Exhaust Gases Recirculation system able to work without a heat exchanger. The gases are admitted from a low pressure line into the intake high pressure line using a Laval Nozzles, that is simulated using an Excel base VBA routine. The described actions are the combination to demonstrate that it is possible to recover energy from the engine cooling system. The simulations show that it is feasible to use an engine gas recirculation system without a cooler, and to recover energy from the cooling system. The combination of those actions leads, in a conservative view, to more than 7% reduction in fuel consumption