ESTUDO DO APROVEITAMENTO DA ENERGIA TÉRMICA DISSIPADA POR UM MOTOR NAGANO ATRAVÉS DOS GASES DE EXAUSTÃO

[pic 1]

Arthur Pariz Dias

Geovanni S. Del Piero

Hugo Vasconcelos Moreira

Thiago Antônio de Matos Braga

Vander Borges de Paiva Junior

ESTUDO DO APROVEITAMENTO DA ENERGIA TÉRMICA DISSIPADA POR UM MOTOR NAGANO ATRAVÉS DOS GASES DE EXAUSTÃO

VITÓRIA

2017

TRABALHO PBL REFERENTE À DISCIPLINA “TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA”

Trabalho apresentado como requisito parcial da disciplina de Transferência de Calor e Massa do Curso de Engenharia Mecânica sob orientação do Professor Dr. Lúcio P. Patrocínio.

VITÓRIA

2017

---

1. INTRODUÇÃO

A geração de energia é uma das maiores fontes de emissão de CO2. Se o mundo anda preocupado em reduzir a quantidade de CO2 que é jogado na atmosfera, mas relutante em diminuir sua demanda de energia, então devemos reduzir a quantidade de CO2 produzida na geração dessa energia. Mundialmente, a geração de energia produz mais CO2 do que qualquer outra fonte, sendo o transporte em segundo lugar. De acordo com a Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO, Organização de Pesquisa da Comunidade Científica e Industrial) para cada quilowatt-hora de energia que é gerado pelas centrais de produção a carvão produz-se 1 kg de CO2. Portanto é criticamente importante cortar a emissão de CO2 da geração de energia se metas de redução precisam ser alcançadas. Há vários métodos e técnicas que podem ser adotados para isso:

● Usar energias renováveis que geram eletricidade com uma quantidade mínima de emissões;

● Trocar células de combustíveis que emitem alto CO2 para as que emitem baixo CO2 (como substituir carvão por gás);

● Implementar o sequestro de carbono (processo de remoção do gás  carbônico), que coleta e armazena CO2 prevenindo-o de entrar na atmosfera;

● Usando energia conservada, que reduz a energia requerida para produzir o efeito (o cliente compra energia pelo que ela pode fazer, não pela energia propriamente dita);

● Utilizar a cogeração, que melhora a eficiência da energia produzida.

 Como consequência, o uso da cogeração significa que menos combustível é usado, e, portanto, menos emissões produzidas na geração da mesma quantidade de energia. Cogeração produz mais energia a partir de menos combustível.

Sistemas de cogeração geram eletricidade e energia térmica e, às vezes, energia mecânica em um sistema único e integrado. Isso contrasta com a prática comum de geração de eletricidade numa central de energia, usando equipamentos de aquecimento e resfriamento local para atender requerimentos de energia não-elétrica. Cogeração se refere a produção simultânea de calor e eletricidade onde será usada. O calor pode ser usado diretamente para aquecimento, produção de vapor, resfriamento ou uma combinação de ambos.

---

2. PROBLEMA PROPOSTO E OBJETIVOS

Este trabalho tem como objetivo estudar um motor NAGANO a gasolina, de um cilindro, carburado, refrigerado a ar e com potência de eixo aproximada em 6 CV, e a partir desse estudo projetar um dispositivo ou processo que permita transferir e aproveitar essa energia térmica na forma de calor de processo.

Sabemos que para aproveitar calor em energia cinética, usa-se uma máquina térmica que não é 100% eficiente na conversão dessa energia (Ciclo de Carnot). Sabemos também que nenhum processo é possível onde o único resultado é a absorção de calor de um reservatório e sua conversão completa em trabalho. 

Por exemplo, sabe-se que é impossível construir um motor onde calor é transferido de um reservatório quente e completamente convertido em trabalho. Todos os motores reais possuem uma fonte de calor e um reservatório frio, e algum calor é sempre perdido nesse último e não é transformado em trabalho.

Ao queimar combustível, libera-se energia em forma de calor, a qual o motor tentará ao máximo converter em energia de movimento (cinética). Contudo, não é possível converter toda essa energia em movimento, pois boa parte da energia (em forma de calor) propaga-se ou, em outras palavras, perde-se para as redondezas de onde foi queimada. No caso do motor a combustão interna, ao queimar gasolina temos calor e pressão dentro do cilindro. Parte desta energia movimenta o pistão, produzindo torque (energia em forma de pressão), e parte é usada para aquecer todas as peças em contato.

3. REVISÃO DA LITERATURA

O motor utilizado neste trabalho é um motor Nagano estacionário a gasolina modelo NMG65. É de 4 tempos e tem 196 cc, com potência de 6.5 HP/ 3600RPM, o motor estacionário Nagano NMG65 tem partida manual e é refrigerado a ar. O tanque comporta 3,6 litros. Sistema de lubrificação óleo 20W40 e a capacidade do óleo do cárter é 0,6 litros. Ele pode ser associado a um gerador elétrico de forma estacionária, para produção de energia elétrica.

Características do motor NAGANO, 6 CV:

Tipo:	4 Tempos, Refrigerado á ar
Potência:	6.5Hp / 3600 RPM
Cilindradas:	196cc
Partida:	Manual
Combustível:	Gasolina
Capacidade do tanque:	3,6 Litros
Capacidade do óleo do cárter:	0,6 Litros
Dimensões:	38 x 33 x 36
Peso:	16 kg

Ilustração do motor: [pic 2]

Alguns trabalhos similares ao que pretendemos fazer são facilmente encontrados na internet, deixaremos aqui os que achamos mais interessantes e valiosos para nosso estudo e referência:

1. Aproveitamento da energia térmica dos gases do sistema de exaustão;
2. Sistema de cogeração de energia;
3. ÇENGEL, Y. A. Termodinâmica. 7ª. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013;
4. COMGÁS
5. FLIN, DAVID. Cogeneration, a User’s Guide. UK: The Institution of Engineering and Technology, 2010;

---

4. METODOLOGIA

 

Unidade 1: Conceitos Básicos da Transferência de Calor

 Transferência de calor e seus mecanismos, ebulição e condensação, trocadores de calor. Introdução do conteúdo da disciplina, sem o qual o assunto de cogeração é inutilmente estudado e entendido, e servirá de base para os estudos posteriores da matéria. Será o primeiro tópico abordado.