A Termodinâmica
Por: brunovtll • 25/10/2018 • Trabalho acadêmico • 1.681 Palavras (7 Páginas) • 166 Visualizações
[pic 4]
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
Instituto de Engenharia Mecânica
Ensaio 2: Analisador de Gases
Disciplina: EME606P
Curso: Engenharia Mecânica Aeronáutica
Aluno: Bruno Vitiello do Amaral
Matrícula: 2016009987
Aluno: Thiago de Campos Silva
Matrícula: 2016004229
Professora: Lucilene de Oliveira Rodrigues
Turma: 04
Data e Hora do Ensaio: 03/04/2018 – 13:30h
Itajubá, 2018.1
- OBJETIVO
Verificar a composição química dos gases produtos da combustão de um motor diesel do laboratório de máquinas térmicas LMT - UNIFEI, usando um analisador de gases.
INTRODUÇÃO
A análise química dos gases de exaustão de um motor de combustão tem como objetivo principal informar o comportamento real do processo de queima, permitindo diagnóstico das etapas de combustão e auxiliando nos ajustes.
Um dos mais conhecidos e simples instrumento utilizado para realizar a análise é o Analisador ORSAT, mostrado na Figura 1. Trata-se de um método volumétrico envolvendo absorção e oxidação seletivas. Ele é geralmente utilizado para detectar o teor de dióxido de carbono (CO2), oxigênio (O2) e monóxido de carbono (CO) em base seca. As absorções são realizadas em pipetas de contato ou ainda pipetas borbulhadoras. A redução do volume na pipeta à medida que a absorção ocorre corresponde ao volume do componente particular sendo absorvido. A oxidação é obtida usando-se um catalisador e tubos de óxido de cobre. Vários tipos de analisadores Orsat são encontrados no mercado (ENERGÉTICA, 2012).
[pic 5]
Figura 1 - Analisador ORSAT
No Laboratório de Máquinas Térmicas LMT-UNIFEI, está presente um tipo de analisador de gases portátil, denominado LANCOM III, da fabricante LAND, conforme ilustrado na Figura 2, cujo funcionamento básico está descrito a seguir.
[pic 6]
Figura 2 - Analisador portátil LANCOM III (LANCOM III, 2016)
FUNCIONAMENTO DO ANALISADOR LANCOM III
De acordo com o esquema mostrado na Figura 3, a amostra de gás é levada para o analisador através de uma sonda (1) para coleta de amostras e de uma mangueira conectada à conexão de entrada no painel lateral do analisador. A amostra inicialmente entra no coletor de água (2), onde a água residual é removida, passando em seguida por um filtro de partículas (3) de 0,1 micro para filtragem.
O gás de amostra é levado para a tubulação do sensor depois de eliminar as variações de fluxo e pressão (4). Para garantir que os sensores de CO e de CXHY não estão envenenados por outros gases, o gás de amostra é alimentado através de um filtro químico (8) antes de ser levado a esses sensores. Essa ação prolonga a vida do sensor e melhora a precisão da medição.
Para proteger o sensor de baixo CO contra níveis excessivos de CO (normalmente níveis >2000 ppm), o sistema automaticamente muda para o sensor de CO de faixa alta (até 4000 ppm). O sensor de baixo CO é então automaticamente purgado usando uma bomba (9) dedicada, que sopra ar ambiente para proteger o sensor, assegurando um tempo de recuperação rápido e vida máxima do sensor.
Por último, o analisador LANCOM III executa uma calibragem zero toda vez que é ligado e purga os sensores com ar ambiente antes de desligar. Isso garante precisão máxima e longevidade do sensor (LANCOM III, 2016).
Figura 3 - Esquema de funcionamento do analisador LANCOM III (LANCOM III, 2016)[pic 7]
MOTOR DIESEL
O sistema utilizado para o ensaio é composto por um Motor Diesel Mercedes Benz, um Alternador Brushless Negrini. A Figura 1 apresenta um esquema geral do motor diesel.
[pic 8]
Figura 4 Motor Diesel
ANÁLISE DE EMISSÕES NO ESCAPE
Em uma combustão completa, os gases de exaustão resultantes da combustão seriam compostos por nitrogênio (N2), dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). Contudo, em função de fatores que influenciam o processo de combustão, este pode resultar em combustão incompleta da mistura, cujos gases de escape contêm, além H20 e CO2, outros compostos poluentes como: CO, combustível não queimado (HxCy),
NOx. Outros componentes do combustível, por exemplo o enxofre, darão origem a demais componentes nocivos à saúde e ao meio ambiente (MANAVELLA, 2016).
No caso da combustão completa, isto apenas seria possível em condições de controle rígido dos agentes que influenciam a queima, como por exemplo, a quantidade de ar, temperatura e tempo de reação. Portanto, caso não haja o controle anteriormente citado, outros componentes, tais como hidrocarbonetos não queimados (HC), monóxido de carbono (CO), óxido de nitrogênio (NOx), óxido de enxofre (SOx) e materiais particulados estarão presentes nos gases de exaustão (TEIXEIRA, 2010).
Para este experimento a ênfase será dada à análise dos 5 gases mais importantes para o diagnóstico de emissões: HC; CO; O2; CO2 e NOx.
- Hidrocarbonetos (HC): Correspondem a parcelas do combustível que não foram queimadas na câmara de combustão. Um nível excessivo de HC é resultante de falhas de combustão, não necessariamente associadas a falha no sistema de ignição, mas qualquer dispositivo ou processo defeituoso, que interrompa prematuramente a combustão nos cilindros (MANAVELLA, 2016).
- Monóxido de Carbono (CO): É o resultado da combustão incompleta ou parcial do combustível, na câmara de combustão. Altas taxas de CO no escape indica excesso de combustível ou falta de oxigênio na mistura, ou seja, presença de mistura rica. Logo, tem-se que a emissão de monóxido de carbono (CO) está diretamente relacionada à eficiência da combustão, que por sua vez nos traz informações sobre as condições de operação do equipamento, relacionado ao consumo de combustível. Este fato torna o monitoramento da emissão de CO, além de um parâmetro de controle de caráter ambiental, um importante parâmetro para o controle de manutenção de todo o sistema de injeção (MANAVELLA, 2016).
- Oxigênio (O2): É medido em porcentagem, cuja presença é indicador de uma condição de mistura pobre, ou seja, excesso de ar de combustão. Assim, o funcionamento em misturas excessivamente pobres poderá apresentar falhas no motor (MANAVELLA, 2016).
- Dióxido de Carbono (CO2): É utilizado para determinar o nível de eficiência de funcionamento do motor. Assim, qualquer deficiência verificada no funcionamento do motor ou variações na relação ar/combustível, afetará o nível de CO2 produzido. A formação de CO2 depende da queima total ou não do combustível. Portanto, em presença de falhas de combustão, o nível de CO2 produzido será menor que aquele correspondente à combustão completa. (MANAVELLA, 2016).
- Óxidos de Nitrogênio (NOx): NOx é o termo genérico para um grupo de gases altamente reativos, os quais contém nitrogênio e oxigênio em quantidades variadas, como por exemplo NO e NO2 (HEYWOOD, 1998). Nas emissões de NOx (NO + NO2) originadas de motores diesel, o gás predominante é o óxido nítrico. A formação de NOx é associada sobretudo a presença condições de temperatura excessiva. A formação de NOx é diretamente proporcional aos fatores (TEIXEIRA, 2010):
- concentração de nitrogênio (N2), ar e combustível;
- tempo de exposição do combustível no pico de temperatura no interior do cilindro no momento da combustão;
- temperatura no interior do cilindro no momento da combustão
PROCEDIMENTO DE COLETA DE DADOS
- Ligar o aparelho em ar ambiente "puro" para efeito de calibração e ajustes internos, sem ligá-lo ao motor;
- Após finalizado o processo de calibragem (tempo automático) instalar a sonda no acesso do tubo de escapamento do motor;
- Ligar o motor e aguardar a estabilização térmica, em marcha lenta;
- Atuar no acelerador até a rotação desejada e aguardar a estabilização para a coleta dos dados, preenchendo a tabela de leituras com a composição dos gases de escape lida.
Tabela 1 - COMPOSIÇÃO DOS GASES DE ESCAPE (base seca) | |||||||||
Rotação (rpm) | CO (ppm) | SO2 (ppm) | O2 (%) | NO2 (ppm) | NO (ppm) | CxHy (ppm) | H2S (ppm) | CO2 (%) | NOx (ppm) |
1300 | 862,4 | 0,0 | 14,9 | 38,9 | 116,1 | 118,5 | 27,9 | 3,42 | 155,2 |
1500 | 837,4 | 0,0 | 16,0 | 37,9 | 98,3 | 192,0 | 22,9 | 3,36 | 136,0 |
1700 | 848,7 | 0,0 | 16,4 | 37,1 | 36,6 | 252,6 | 17,2 | 3,42 | 123,2 |
Tabela 2 – GRANDEZAS DE DESEMPENHO DA COMBUSTÃO | ||||
Eficiência combustão (%) | Perdas (%) | Excesso de ar (%) | Tamb (ºC) | Tescap (ºC) |
76,4 | 23,6 | 235,3 | 31 | 144 |
73,4 | 26,6 | 283,0 | 33 | 162 |
73,1 | 26,9 | 362,2 | 33 | 166 |
...