Análise de desempenho de um motor Ciclo Otto alimentado com gasolina e hidrogênio

Abstract

Resumo: O presente trabalho visa analisar o desempenho do combustível Hidrogênio molecular no estado gasoso, utilizando-o de maneira direta na combustão de motores ciclo Otto, em misturas com gasolina comercial. Devido à dificuldade de armazenamento do gás hidrogênio, o gás foi gerado por meio de eletrólise aquosa, utilizando cuba eletrolítica com solução concentrada de KOH. A alimentação da cuba era feita por bateria automotiva de 12 Volts, para a obtenção da energia necessária para efetuar a quebra das ligações químicas da molécula de água e posterior formação das moléculas de H2(g) e O2(g), sendo a bateria recarregada por alternador acoplado ao motor. Os testes foram executados no Laboratório de Máquinas Térmicas da UFPR, equipado com motor de automóvel 1.4 bicombustível, da marca Chevrolet, dinamômetro hidráulico, sistema de refrigeração do bloco do motor, e software de análise de potência e torque. Foram testados eficiência do motor e consumo específico em diversas rotações e torques com a utilização de alíquotas de mesma amostra de gasolina, comprada na cidade de Palotina, afim de obter dados de consumo médio de combustível em volume. Repetindo os parâmetros de teste foi inserido na injeção do motor o Hidrogênio molecular produzido na cuba eletrolítica, em fluxo produtivo permanente, comparando assim o consumo específico e a eficiência do motor com gasolina e com misturas de gasolina e H2(g). Consideradas as médias dos parâmetros amostrais, foram observados aumento de 5,49% no consumo específico e eficiência térmica diminuída em 6,58% quando injetado o H2(g) e O2(g), causados pela exigência maior de funcionamento do alternador e baixa eficiência da cuba eletrolítica. Palavras-Chave: Hidrogênio Combustível, Ciclo Otto, Gás HHO, Eletrólise Aquosa, Eficiência de Motores.

Abstract: The present work aims at analyzing the performance of the hydrogen fuel in the gaseous state, using it directly in the combustion of Otto cycle engines, in blends with commercial gasoline. Due to the difficulty of storage of the hydrogen gas, the gas was generated by means of aqueous electrolysis, using electrolytic cell with concentrated solution of KOH. The power of the cell was made by automotive battery of 12 Volts, to obtain the necessary energy to break the chemical bonds in the molecule of water and later formation of the molecules of H2(g) and O2(g), being the battery recharged alternator coupled to the motor. The tests were performed at the Laboratory of Thermal Machines of UFPR, equipped with automobile engine 1.4 bi-fuel, Chevrolet brand, hydraulic dynamometer, engine block cooling system, and power and torque analysis software. Engine efficiency and specific fuel consumption were tested in several rotations and torques using aliquots of the same gasoline sample, purchased in the city of Palotina, in order to obtain data of average fuel consumption in volume. Repeating the test parameters, the molecular hydrogen produced in the electrolytic cell in the permanent production flow was inserted into the engine injection, thus comparing the specific consumption and the efficiency of the engine with gasoline and with mixtures of gasoline and H2(g). Considering the averages of the sample parameters, a 5.49% increase in specific consumption and a thermal efficiency decreased by 6.58% when H2(g) and O2(g) were injected, caused by the higher requirement of alternator operation and low efficiency of the electrolytic cell. Keywords: Hydrogen Fuel, Otto Cycle, HHO Gas, Aqueous Electrolysis, Engine Efficiency.