Power recovery exemplification using turbocompound technique on diesel engines

Abstract

RESUMOO conceito dos turbocompressores surgiu simultaneamente com os motores de combustão interna, por volta de 1890. Elas foram introduzidas, inicialmente, na industrial naval, seguida pela aviação, pela ferroviária, chegando até os veículos rodoviários entre as duas grandes guerras. De forma simplificada, os turbocompressores aproveitam a energia do fluxo dos gases quentes do escapamento, que seriam desperdiçados para o ambiente, para forçar mais ar na admissão do motor, o que aumenta a eficiência global do sistema térmico. Mesmo assim, muita energia ainda é desperdiçada pelos gases de escapamento e as turbinas de potência (turbocompound) buscam aproveitar essa energia. Desta forma, o presente trabalho busca exemplificar as formas de utilização das turbinas de potência descritos na literatura e utilizados na indústria, trazendo na revisão bibliográfica disposições usuais de obtenção da potência e as formas que são utilizadas. Além disso é apresentado o simulador no qual foram implementadas as equações termodinâmicas que modelam os motores diesel com turbinas de potência. Nos resultados são apresentados a validação das equações implementadas com a literatura disponível juntamente com a variação dos parâmetros que influenciam o consumo de combustível e aumento de potência: razão de expansão da turbina de potência, temperatura dos gases e contrapressão do escapamento e a RPM do motor. Em suma, a máxima redução de consumo de combustível foi na ordem de 10% quando são utilizados valores elevados de razão de expansão, temperatura e eficiências com baixa contrapressão, além do consumo de combustível ser independe da RPM. Um ponto de destaque é o aumento do consumo de combustível quando os parâmetros não estão configurados para o regime de trabalho do motor, degradando as condições operacionais do sistema. INTRODUÇÃONos últimos anos houve um aumento significativo na busca de solução energéticas melhores em nosso cotidiano, ou mesmo, que aproveitem melhor os recursos que estão disponíveis nas fontes convencionais de energia. Essa busca na otimização da utilização dos recursos engloba desde atitudes diárias nossas, como reciclagem de materiais, até mesmo o modo de viver globalizado, como o compartilhamento de veículos. Na indústria automotiva essa busca está acontecendo há algumas décadas, com a melhora na eficiência energética dos motores, impulsionado principalmente pelas crises do petróleo e pela cada vez menor quantidade de emissões que podem ser feitas pelos veículos, definidas pela legislação de vários países.Mais recentemente os veículos elétricos voltaram a chamar a atenção da indústria automotiva, por, entre outras coisas, os motores elétricos possuírem eficiência energética maiores que 90% e não emitirem poluentes. Assim, a tendência atual é que os veículos, pelo menos de passeio, sejam elétricos ou híbridos, vide noticiário mundial sobre os próximos lançamentos de marcas centenárias de veículos de passeio nos grandes salões de automóveis (Berlim, Detroit, Paris etc.).