Modelagem e simulação de grupo gerador diesel consumindo óleo vegetal “in natura” enriquecido com hidrogênio e oxigênio visando melhorar sua eficiência energética

Generator set is a device formed by an internal combustion engine and an alternator responsible for electricity generation all over the world and in many isolated communities in the Amazon region. The use of fossil fuels in generators is very common with a great global dependency on this type of fuel. Facing a world stage with possibility of shortages of oil and water and despite the diversified energy matrix, Brazil has strong dependence of these two energy sources for electricity generation. Researches involving the use of vegetable oil "in natura" to replace, partially or completely, fossil fuels, or be mixed with other types of fuel are growing. In this paper, a modeling and computer simulation of a genset consuming vegetable oil "in natura" enriched with hydrogen and oxygen was carried out in order to improve their energy efficiency as from proposed improvements in the combustion. The modeling and simulations were performed with AVL Boost® software. The computational model was adjusted and validated with the experiment carried out in a Diesel engine of 20 kW, four strokes, indirect injection, naturally aspirated. The study was developed in two phases. At first, the energy substitution of vegetable oil by hydrogen was made in portions of 0% to 20%, in 5% intervals. In the second, oxygen in weight basis was added to the intake air in predefined proportions and the model was simulated until the engine operating limit was reached. It was considered the genset operating with loads of 75%, 80% and 100%, in the simulations. In the two stages of the investigation, the results indicated an increase in electrical power, reduced specific fuel consumption and improved overall efficiency of the generator set. The use of H2 showed increased emissions at full load. In the simulation performed with O2, CO formation decreased and NOx formation increased to partial loads. The simulations indicated that the use of these two energy carriers proved to be very promising, improving the combustion of vegetable oil "in natura" and the energy efficiency of the generator set.Grupo gerador é um equipamento composto por um motor de combustão interna e um alternador, responsável pela geração de energia elétrica no mundo inteiro e também em muitas comunidades isoladas na região amazônica. O uso de combustíveis de origem fóssil em grupos geradores é bastante comum, havendo uma grande dependência mundial, desse tipo de combustível. Diante de um cenário mundial com possibilidades de escassez de petróleo e água, e apesar da matriz energética diversificada, o Brasil tem forte dependência dessas duas fontes de energia para geração de eletricidade. As pesquisas envolvendo a utilização de óleo vegetal “in natura” para substituir, parcial ou totalmente, os combustíveis fósseis, ou ser misturado a outros tipos de combustível vêm crescendo. Neste trabalho, foi realizada uma modelagem e simulação computacional de um grupo gerador consumindo óleo vegetal “in natura”, enriquecido com hidrogênio e oxigênio com o objetivo de melhorar sua eficiência energética, a partir de melhorias propostas na combustão. A modelagem e simulações foram realizadas com o software AVL BOOST®. O modelo computacional foi ajustado e validado junto a experimento realizado em um motor quatro tempos Diesel, injeção indireta, naturalmente aspirado, de 20 kW. O trabalho foi desenvolvido em duas fases. Na primeira, foi feita a substituição energética de óleo vegetal por hidrogênio, em parcelas de 0% a 20%, com intervalos de 5%. Na segunda, oxigênio, em base mássica, foi adicionado ao ar de admissão, em proporções pré-definidas, e o modelo foi simulado até que fosse atingido o limite operacional do motor. Foi considerado nas simulações, o grupo gerador operando com cargas de 75%, 80% e 100%. Nas duas etapas da investigação, os resultados indicaram um aumento na potência elétrica, diminuição do consumo específico de combustível e melhoria no rendimento global do grupo gerador. A utilização de H2 indicou aumento das emissões à plena carga. Na simulação realizada com O2, a formação de CO apresentou queda e Nox aumentou para cargas parciais. As simulações indicaram que a utilização desses dois vetores energéticos mostrou-se bastante promissora, melhorando a combustão do óleo vegetal “in natura“ e a eficiência energética do grupo gerador