Home

TCC - VERSAO_FINAL - Biblioteca Digital da UNIJUÍ

1. 41 Tabela 11 Teste de emis o de poluentes no ve culo original eese 56 Tabela 12 Teste de emis o de poluentes no ve culo com adi o de H2 57 Tabela 13 Teste de consumo sem adi o de HZ 58 Tabela 14 Teste de consumo com adi o de H2 sse 59 Tabela 15 M dia total de varia o de poluentes com adi o de H2 60 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS SIGLA DESCRI O TRADU O MCI Motor de combustao interna RPM Rota es por minuto GLP G s liquefeito de petr leo ATM Atmosf ra T Condic es normais de temperatura e press o GNV G s natural ve cular ECU Engine control unit Unidade de controle do motor HHO Hydrogen hydogen oxygen Hidrog nio hidrog nio oxig nio OBD On Board Diagnostic Porta de autodiagn stico FS Fuel saver Salvador de combustivel LEL Limit explosion least Limite minimo de explos o VEL Limit explosion utmost Limite m ximo de explos o LISTA DE FORMULA ES QU MICAS F RMULA DESCRI O HC Hidrocarbonetos CO Monozido de carbono CO Di xido de carbono G s car onico em Representa o dos el trons Ht Tons de hidrog nio H M lecula de g s hidrog nio KOH Hidr xido de pot ssio K ons de pot ssio H 0 F rmula emp rica da mol cula de gua OH Anion de hidroxido 4H Is topo de hidrog nio 0 M lecula de g s oxig nio 9
2. 1 Somente ent o em 1766 Henry Cavendish 1731 1810 reconheceu este g s como uma subst ncia qu mica nica Esse reconhecimento se deu do resultado de uma rea o entre metais e cidos o que originou um g s inflam vel e que quando queimado na presen a de ar produzia gua 1 Em 1785 Antoine Lavoisier 1743 1794 deu nome de hidrog nio ao elemento qu mico e provou que a gua composta desse elemento e de oxig nio Tamb m observou que quando o H era queimado na presen a de oxig nio havia a forma o de orvalho 2 O primeiro cientista conhecido a prever o potencial pleno do hidrog nio foi John Haldane 1892 1964 Em 1923 Haldane ministrava palestras onde afirmava que a energia do hidrog nio seria o combust vel do futuro Ele produziu um tratado cientifico relacionando os argumentos a favor do hidrog nio descrevendo como ele seria produzido armazenado e aplicado no futuro 3 18 2 1 2 Caracter sticas do hidrog nio O hidrog nio o elemento qu mico mais abundante mais simples e mais comum de todo o universo No planeta Terra comp e aproximadamente 70 da superf cie terrestre 4 Em seu estado natural e sob condi o ambiente o H um g s inodoro ins pido e incolor e se apresenta muito mais leve que o ar Pode ser encontrado no estado l quido ocupando um volume 700 vezes menor do que se estivesse em forma de g s Entretanto neste caso ele necessariamente tem que estar a uma temper
3. gua Enquanto o flash de queima aparece como sendo um r pido evento a velocidade da queima ocorre em um valor de regime laminar A velocidade da queima esta entre 102 a346 cm s dependendo da concentra o do hidrog nio no ambiente em quest o 6 22 2 1 4 Fogo O fogo um evento de n o explos o que ocorre entre oxig nio e combust vel No fogo a chama pode ser relativamente estacion ria com o combust vel e o ar se difundindo laminarmente dentro da zona de combust o isto geralmente chamado de difus o por que o oxig nio do ar e o material combust vel misturam se por processo de difus o molecular de forma lenta e compassada na combust o A chama do fogo produz a mesma energia de um evento de deflagra o por m tem uma baixa energia liberada misturas de ar e hidrog nio queimam sem produzir fuma a cuja chama de dif cil detec o 5 A concentra o estequiom trica a propor o perfeita de oxig nio sendo este ar e g s combust vel para a combust o mais completa Para hidrog nio no ar a concentra o estequiom trica 29 5 Para mistura fraca de hidrog nio abaixo de 8 do volume de concentra o acesa em uma c mara teste de combust o as raz es de compress o s o muito menores que 8 1 na extens o de 14 1 at 3 1 6 2 1 5 Deflagra o Uma deflagra o um evento de combust o onde a frente de onda de combust o subs nica Para deflagra o de g s o material combust vel
4. 5 3 15 lt gt Flammable 2 2 9 6 k Flammable 3 Fonte Hydrogen Properties pagina 20 27 Dois conceitos relacionados a este tema s o o limite m nimo de explos o LEL e o limite m ximo de explos o UEL 7 LEL a menor concentra o de g s que poder suportar uma explos o quando misturado com ar em condi es de ambientes fechados Similarmente UEL a maior concentra o de g s que poder suportar uma explos o quando misturado com ar acesa e contida Uma explos o difere do fogo devido a explos o ocorrer em ambientes fechados de tal forma que a temperatura e a press o aumente de forma destrutiva 7 Por esta raz o muito mais perigoso liberar hidrog nio em uma rea fechada como uma garagem do que em locais abertos e ventilados Lembre se que o g s hidrog nio inflam vel em uma vasta concentra o no ar 4 75 e explosivo tamb m em uma grande faixa de concentra o 15 59 a condi es normais de press o e temperatura O limite de flamabilidade aumenta com a temperatura A figura 1 mostra uma compara o dos limites de flamabilidade de alguns combust veis 7 2 1 10 Temperatura de autoigni o A temperatura de autoigni o a m nima temperatura requerida para que ocorra uma combust o sustent vel em uma mistura combust vel sem que haja uma fonte ignitora Em outras palavras o combust vel aquecido at que este queime em chamas Cada combust vel possui u
5. Simples M quina 001 Placa JL 9237 Escapamento nico irem pe mspecho Tunes weens zmorem T Resuttano ombi soiin ee GA O no 7 a Qr APROVADO Temperatura do leo C ss JT Vers o do Software 3 2 1 2 D Teste 000147 68 ANEXO II Teste de emiss o de poluentes com adi o de hidrog nio ANIS UNIJUI c Laborat rio LAMECO P G A 5 0 0 Industrial Il SBO SP ne 19 2108 1000 Analisador de Gases www snapon com br RESULTADO VE CULO APROVADO 28 10 2013 18 02 45 Cliente FABIO WOLLMANN Bairro CEP Marca GM Km Atual 89377 Rota o 600 a 1200 2300 a 2700 RPM Ve culo CORSA Chassi Varia o Max Rota o 200 RPM Modelo 1 0 EFI WIND 8V Comb Gasolina Prox Inspe o 27 04 2014 Ano Fab 2000 Igni o Simples M quina 001 Placa JL 9237 amento nico ITEM DE INSPE O LIMITES MARCHA LENTA 2500 RPM RESULTADO d ANONO DEET 088 og aprovado APROVADO Vers o do Software 3 2 1 2 P gina 1 di Teste 000151 69 ANEXO Ill Teste de torque e pot ncia em condi es normais 00000 KU LEE sat Jans 4 pA apiid USAS 14 MU D LD eo A oY 6 UR 94 A iiy DO FNEL quem a we cugu obo uds COLD taD RZ ri peed op uos We I 0009 P O ET Te POR H UR sumu EM enen MAO QL DG qusc m ue eupan pd HOG LAZET Pn op UQUCN Gr 2008d apur way Ger amais spuri wound isd mesa vom KZ KZ vos Ore ome toot coer onc bm sexos Gba m E o 5 DI b KB so ro
6. exceto para o mon xido de carbono Tamb m ressalta se que o ve culo foi aprovado no teste de emiss o de poluentes conforme itens controlados pelo INMETRO A tabela 15 apresenta o percentual m dio de redu o na emiss o dos poluentes os valores mostrados s o as m dias das somas dos limites inferiores e superiores da emiss o de poluentes em marcha lenta e a 2500RPM Com a an lise das tabelas pode se afirmar uma redu o total m dia na emiss o de poluentes de 24 Tabela 15 M dia total de varia o de poluentes com adi o de H ITEM DE INSPE O CO corrigido vol 48 Fator Dilui o 24 HC hexano ppm vol 67 CO vol 11 CO2 vol 2696 HC hexano ppm vol 2196 M dia total de reduc o 2496 Fonte Autor 61 4 2 Experimento de torque e pot ncia O objetivo deste experimento foi verificar via condi es de laborat rio a varia o apresentada com adi o de g s hidrog nio nos testes de pot ncia e torque por RPM do motor testado Analisando os gr ficos das figuras 33 e 34 podemos avaliar que com a adi o de hidrog nio como g s de queima diminui a amplitude e ameniza as curva da linha de torque Tamb m podemos verificar que o aspecto das linhas de pot ncia muito similar em ambos os gr ficos apresentados Para tornar essa diferen a vis vel vamos apresentar de forma separada os dados coletados para os testes com e sem hidrog nio Fi
7. hidrog nio de poluentes com adi o de emiss o de Teste D0300 SUS ias py Weu sel Zu APPS P Id Gig 2 1 MM HIS 84 Wad IO D UR Ed wong oc DRE subyra ue Oui ps anbu WIL DOLD P OTST TOPAS S BAND Jd LN OS PASZ cr RSTU R UR ASRA jag So ZES VAD LE G ponto mus FUERE jog EOD At O gaud ep QUSLUON Oleg wedr aur ukiy Ore ouap nur ueo kean saj e oe ous ets tx Dor oue ovr DOLZ ob sUYNITE COUI sam 0 a o 9 zo S 70 ggi o re L go Ost si 95 5 th 03 7a 81 cor mt m S 9 T 003 x rt e gt ti And et Ez E m s r et ram 98 az tr vE 5 a 3 B E r ug 1072 HOALONAG O22V83Q 1VION3NWOO 73 x n op i inst wir poi oe mu wt ur i son wo 9 EES var A xe uu e to mi x wo te CAE satr er oe wr cor toc xa xo Be m iret SC E mei ae uw m vor a x0 Wo J uu wee wer HAT ar 2822 m rid wa x o YT ri Gir SC er DE Ri LT wt we Dom 056 xo wD ei Ln mo we uel we tes Doer wat Mo WD u ir ae es i ue cis coer 2641 xo uI D E te tr ir ss el Ti a r 1h D r trib Sep WD 3 p mo nts se ec aon toes wi oo mr x we ST Kr et LACH we an otii Dan arti we S ss o gt se HAT oe o CH KZ KO os O go B EX ate rs ivi ar GH tora we 0 we T ut 347 nii ore erit m tors ECO cb Wwe s CH EE na Es di Ore ta m ness er no Wa o PE Di SC Er oes xii rE Ba SEE Dco es op ure gt to wer wes s vi L4 EE 771 ECS nos on we S tu GT L3 ue ae iv canm woas va 20D Wa gt or bi OT ya pi SLC TL EGL D
8. veis no l quido Uma corrente el trica aplicada entre um par de eletrodos inertes imersos no l quido O eletrodo de carga negativa chamado de c todo enquanto o de carga positiva o anodo Cada eletrodo atrai ions de carga oposta portanto os ons carregados positivamente chamados c tions movem se no sentido do c todo enquanto os ons carregados negativamente chamado anions se movem em dire o ao anodo 9 A energia necess ria para separar os ons e lev los a unirem se nos respectivos eletrodos fornecida por uma fonte externa de energia el trica Na interface eletrodo eletr lito os el trons s o absorvidos ou liberados pelos ons formando novas mol culas e ou compostos qu micos de acordo com as subst ncias dispon veis no meio No caso demonstrado na Figura 2 tem se dois eletrodos inertes imersos em uma mistura de gua e sal H 0 KOH aq 9 Na solu o temos KOHa Kaa DH E H 0q 5 H aq OF aq Tabela 8 Rea es do hidrog nio C todo nodo Migra o de fons K eH OH da agua e OH da base Facilidade de descarga H gt Kt OH Semi rea o 4H 0 4e 2H g Kt 40H cag 2H20 Date Ae Permanece na solu o Kt OH Fonte Curso Completo de Qu mica SARDELLA Antonio SARDELLA 9 explica que os c tions formados H e Kt dever o ser atra dos pelo c todo e os anions OH da gua e da base ser o atra dos pelo nodo Assim
9. 1atm e 25 C Deflagra o do Detona o do Propriedade de combust o unidades hidrog nio hidrog nio Calor da rea o alto 142 5 142 5 MJ kg Limite flam vel inferior no ar 4 1 ou 3 6g m de ar 18 3 ou 16 1g m dear Volume 96 Limite flam vel superior no ar 74 ou 67g m de ar 59 ou 51 8g m de ar Volume 96 Mistura de detonac o tima no 29 53 Volume 96 ar relac o estequiom trica Sobrepres o m xima de 1 46 MPa detona o no ar Temperatura de auto igni o 574 574 C Energia minima de igni o 0 02 a 29 53 gt 107 mJ Temperatura maxima da 2318 2318 K chamada ao ar Kg TNT por m de g s Energia de explos o 2 02 na CNTP Velocidade laminar de queima ao ar varia com a percentagem de 102 a 325 cm s H no ar Velocidade de detona o ao ar 1 48 a 2 15 km s M xima rela o de sobrepress o 8 1 14 5 1 Fonte Constant volume adiabatic combustion of stoichiometric hydrogen oxygen mixtures 25 2 1 8 Flashponit Todos os combust veis queimam somente no estado gasoso ou em forma de vapor Combust veis como o hidrog nio e metano s o gases a condi o atmosf rica enquanto outros combust veis como gasolina ou diesel precisam converter se a vapor antes de serem queimados A caracter stica que descreve como facilmente estes combust veis podem ser convertidos a vapor o flashpoint O flashpoint definido como a temperatura em que o combust vel produ
10. Para o desenvolvimento desses experimentos foram necess rios alguns equipamentos descritos a seguir Salienta se que a abordagem dos testes ser embasada na teoria revisada no cap tulo 2 Ser adotada essa metodologia pois conjuga dados te ricos e pr ticos resultando em valores poss veis de an lise e discuss o 3 1 Gerador de hidrog nio por eletr lise 3 1 1 O que um gerador de hidrog nio por eletr lise Ser utilizado o nome comercial Hydrocell para gerador de hidrog nio por eletr lise Uma Hydrocell conforme figura 11 um dispositivo eletro qu mico que atrav s da eletr lise segura de uma solu o liquida de gua H 0 associado a um sal como hidr xido de pot ssio KOH transforma os elementos presentes nessa solu o hidrog nio e oxig nio em g s Para facilitar o entendimento utilizaremos a express o HHO que nada mais do que duas mol culas de H mais uma de O em meio gasoso Figura 11 Hydrocell para HHO Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 43 O g s HHO direcionado atrav s de mangueiras para a entrada de ar dou MCI onde ser queimado na c mara de combust o como um g s auxiliar de queima desta maneira substituindo em partes o combust vel do ve culo Segundo a empresa HIDROCLUBUSA fabricante da Hydrocell com este equipamento poss vel aumentar a efici ncia do motor poupando assim combust vel diminuir a temperatura de funcionamento e dimi
11. ar combust vel muito fraca 7 Acima do limite superior de flamabilidade n o h oxig nio para suportar a combust o a mistura de ar combust vel muito rica Entre estes dois limites h o grau de flamabilidade em que o ar combust vel est na quantidade certa para queimar quando acesos Uma mistura estequiom trica ocorre quando as mol culas de oxig nio e hidrog nio est o presentes na propor o exata necess ria para completar a rea o de combust o 7 Se mais hidrog nio estiver dispon vel que o oxig nio a mistura considerada rica sendo assim uma certa quantidade de combust vel permanecer n o reagido e todo o oxig nio consumido Se menos hidrog nio for dispon vel do que o oxig nio acontece o contr rio onde restar oxig nio n o reagido Praticamente todos os motores de combust o interna e c lulas de combust vel operam tipicamente com misturas fracas para que a rea o seja completa e consuma todo combust vel consumido 7 Uma consequ ncia do limite m ximo de flamabilidade que o hidrog nio armazenado gasoso ou l quido n o inflam vel enquanto armazenado sem a presen a de oxig nio em cilindros O combust vel somente torna se inflam vel nas reas perif ricas de um vazamento onde h mistura com ar em propor es suficientes Figura 1 Extens o de flamabilidade para v rios combustiveis a temperatura atmosf rica k Flammable 3 4 je Flammable
12. considerada pobre Esta possui mais desvantagens pois al m de gerar mais poluentes de xido de nitrog nio xido e o di xido de nitrog nio pode provocar tamb m um desempenho inferior ao normal n o dar a partida e at danificar o motor 13 2 3 5 Fator Lambda Para medir a rela o estequiom trica utiliza se o fator lambda que o quociente da mistura ar combust vel real pela ideal O valor ideal do fator igual a 1 40 mistura real 3 mistura ideal Note que esta uma situa o que varia de acordo com o combust vel utilizado no motor Logo abaixo s o apresentados os valores ideais de cada combust vel para cada parte de ar utilizado no motor ciclo Otto 13 Gasolina com 20 de lcool 9 1 lcool 12 1 Em um motor a gasolina por exemplo que recebe uma mistura de 10 1 pobre poss vel encontrar o valor do fator lambda Basta dividir aquele valor por 9 1 ideal para gasolina conforme demonstrado logo abaixo 13 10 Fator lambda E 1 1 Na partida a frio e nas acelera es o motor necessita de uma mistura admitida mais rica sendo portanto necess rio um fator lambda abaixo de 1 A lt 1 Entretanto em casos a parte a esses o conjunto admite uma mistura que se aproxima do fator lambda igual 1 A 1 onde h uma economia significativa e uma combust o pr xima da ideal queima total do combust vel e a melhor marcha lenta Em outra situa o como a demonstr
13. de combustivel essen nnn en senes sena anna 58 4 DISCUSS O DOS RESULTADOS OBTIDOS cssccccesssscccecssssccecesesseccecesssceceeceeees 60 4 1 EXPERIMENTO DE EMISS O DE POLUENTES 60 4 2 EXPERIMENTO DE TORQUE E POT NCA eee nennen nnne rsen ses ese sese enne ne 61 4 3 EXPERIMENTO DE CONSUMO DE COMBUSTIMEL 62 4 4 DISCUSSAO GERAL iei rerba e pea AE E reve e pretesa pe SEC SEL ads etre E bea TDi ae 62 CONCLUS O aea esent AAS L EAA AV M rs s D UE mec ef 64 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS scccccssccecssccecssccecssscecssscesesseecececcecseececsescesseeeesssneeeess 65 ANEXO EE 67 ANEXO me MN 68 ANEXO III E M 69 INTRODU O Diante das situa es nos dias atuais com as reservas de combust veis f sseis chegando aos seus limites cada vez mais interessante identificar formas de energias alternativas Atualmente a humanidade vive o auge do consumo de combust veis f sseis e estimativas mostram que se continuarmos usando nossas reservas de combust veis desta forma t o logo a esgotaremos e consequentemente ter amos altera es nas condi es clim ticas devido a essa queima incontrol vel O aumento da popula o mundial somado com a acelerada degrada o ambiental vem provocando questionamentos e discuss es na comunidade cient fica sobre o tema produ o de energia Essas discuss es s o estimuladas ainda pela necessidad
14. e o agente oxidante oxig nio do ar s o pr misturados 5 Esta mistura assegura adequada propor o ar mais oxig nio para a combust o Toda a zona inflam vel em torno de 4 e 75 de concentra o de hidrog nio no ar pode suportar um evento de deflagra o Uma importante caracter stica da deflagra o do hidrog nio que este possui uma alta velocidade de chama A velocidade da chama uma medida da raz o a que a chama ir se propagar a um absorvedor fixo e n o sin nimo de velocidade de queima a velocidade de queima fundamentalmente a taxa em que uma onda de combust o plana ir propagar se em mistura inflam vel 5 A velocidade de queima muda com a mudan a de concentra o de hidrog nio A velocidade 255cm s condi o estequiom trica do ar e a m xima velocidade m xima velocidade de queima ocorre para uma concentra o de hidrog nio no ar de 40 a velocidade da chama geralmente muito maior que a velocidade de queima porque a mistura inflam vel de gases somente aparece frente da chama onda de combust o e empurrada pela expans o de gases quentes os produtos da combust o vem da onda de combust o 5 23 A velocidade da queima e a velocidade de combust o poder o aumentar com o aumento da temperatura da subst ncia gasosa com o aumento da press o e geralmente com o aumento da concentra o A velocidade da queima maximiza se para gases combust veis ricos de uma concentra o est
15. e t rmica 32 em troca de calor do motor com o ambiente por meio do sistema de refrigera o e 35 em energia interna dos gases provindos da combust o e exauridos pelo escapamento No total a perda de energia gira em torno de 75 a 80 13 O rendimento de uma m quina determinado como a raz o entre o trabalho produzido e a energia fornecida conforme demonstra a equa o 2 2 Te Cujo 7 o rendimento da m quina W o trabalho realizado pela mesma e Q a quantidade de calor Caso toda energia do carburante fosse convertida em trabalho mec nico o rendimento seria 1 ou 100 Situa o que na realidade nunca ocorre de acordo com o engenheiro franc s N L Sadi Carnot pioneiro nos estudo de motores em 1824 Segundo este estudioso o motor pode ter um rendimento m ximo de aproximadamente 50 independente da subst ncia de trabalho usada e desconsiderando as quest es t cnicas Figura 10 Gr fico que representa o Ciclo de Carnot Isoterma T Compress o Expans o adiabatica _ adiabatica Isoterma T V Fonte Uol Educa o F sica do autom vel e GREF com adapta es 39 Com isso foi formulado um ciclo ideal constru do devido necessidade de aperfei oar o rendimento das m quinas t rmicas reais Esse ciclo foi denominado ciclo de Carnot demonstrado na figura 10 2 3 4 Rela o estequiom trica Ar x Combust vel Para que haja uma mistura ideal de carburante e comburen
16. formam se nos eletrodos o g s hidrog nioH e oxig nio O que poder o ser vistos borbulhando no entorno dos respectivos eletrodos enquanto os elementos restantes K e OH se unir o e formar o mol culas de Hidr xido de Pot ssio KOH 32 2 2 1 Solu o eletrol tica ou eletr lito Em qu mica um eletr lito qualquer subst ncia que contenha ons livres que fazem a subst ncia eletricamente condutiva O eletr lito mais t pico uma solu o i nica mas eletr litos fundidos e eletr litos s lidos tamb m s o poss veis 10 Eletr litos comumente existem como solu es de cidos bases ou sais Al m disso alguns gases podem agir como eletr litos em condi es de alta temperatura ou baixa press o Solu es de eletr litos pode tamb m resultar da dissolu o de alguns pol meros biol gicos DNA por exemplo polipept deos e sint ticos por exemplo sulfonato de poliestireno denominada polieletr litos que cont m cobrado grupo funcional 10 Solu es de eletr litos s o normalmente formados quando um sal colocado em um solvente como a gua e os componentes individuais dissociar devido s intera es termodin micas entre as mol culas de solvente e soluto em um processo chamado solvata o 10 Um eletr lito em uma solu o pode ser descrita como concentrada se ele tem uma alta concentra o de ions ou diluir se tiver uma baixa concentra o Se uma alta propor o do soluto se dissoc
17. o Ao realizar os experimentos pr ticos ficou evidenciado a produ o de hidrog nio por eletr lise da gua e o seu consumo imediato como parte do combust vel do ve culo de teste Mediante aos resultados obtidos pode se verificar uma melhoria quanto aos aspectos de emiss o de poluentes consumo de combust vel torque e pot ncia Salienta se que a utiliza o do hidrog nio ser viabilizado aos poucos e uma tend ncia inevit vel para o futuro para manter em alta a prosperidade de nossos povos e ao mesmo tempo preservando o meio ambiente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 65 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS HARPER GAVIN D J Fuel cell projects for the Evil Genius New York McGraw Hill 2008 208 p SILVA SARA Hidrog nio como Alternativa Do cepticismo a realidade Escola Superior Agraria de Santar m Santar m p 35 2010 ALDABO RICARDO C lula Combustivel a Hidrog nio Fonte de energia da nova era S o Paulo SP Artliber 2004 NETO EMILIO H G Hidrog nio Evoluir Sem Poluir 12 ed Curitiba Brasil H2 Fuel Cell Energy 2005 240 p ALMEIDA A T Hidrog nio como Combustivel Coimbra Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade de Coimbra 2005 BOHACIK T S De Maria and SAMAN W Y 1996 constant volume adiabatic combustion of stoichiometric hydrogen oxygen mixtures Disponivel em http www osti gov scitech search jsp Acesso em 13 out 2013
18. pist es e suja as velas O ve culo com gerador de hidrog nio gera menos polui o porque o combust vel hidrog nio mais eficiente regula a queima uma vez que est combinando com o oxig nio que mais valioso para a combust o assim queimada toda a gasolina Um ciclo de combust o mais eficiente permite que voc use menos combust vel com a mesma defini o do acelerador Al m disso o aumento da efici ncia permite um ajuste do acelerador mais baixo para uma dada pot ncia de produ o e portanto reduz o consumo de combust vel para um dado percurso a queima do hidrog nio mais r pida e gera mais turbul ncia o que favorece a queima do combust vel gasolina motivo pelo qual a medi o de gases indicou uma diminui o do mon xido de carbono e aumento do di xido de carbono 64 CONCLUS O O desenvolvimento do presente trabalho possibilitou o entendimento da necessidade da busca de combust veis alternativos para suprir necessidades futuras na indisponibilidade do petr leo e seus derivados O cen rio atual mostra que essa busca ser incessante e cada dia que passa novas pesquisas trazem tecnologias para tornar pratica a utiliza o de hidrog nio em ve culos automotores estas tecnologias v o desde c lulas de hidrog nio at motores de combust o interna espec ficos para queimar hidrog nio Sabemos que o grande desafio est em desenvolver tecnologias baratas seguras e de baixo custo para tal produ
19. ze Di t5 L ED cec KS ki ti ox a w so Sp SL ote x la x e t ote EK as ri Ozi o t SE 12 ore LC t r zs ne o EL Ka Sr 9t e LES o SE T CO 1022 HO3LONAG 099v830 TVIQHINOO 70 oe qa UC wc L ut IK eg reo Q6 L we ir SSL KE nua ee an eo rH AE GK Lal omy Ex Di as oc we ott wi o eo rm vmi xr ie Di ac ooo r gt 2 or Lote on reo bik imi aee eu oo aoa i o Ma uw 6 ct we teu n oe eu oc ooo a LR HK wit tre we 7n oe ou as aya L eis re we sa ore cw aos ou et ore ara DO ize ive sir CO cis He o ox n os aja gt at ihe coer cra H revo 1991 oe tr wa Qo ras age o oo ROL 4590 vasi 0005 mr o4 ix zi aro gros SED Ros come SEIL wis sem in on U orn Wir eris 1931 Ros cous gali GES GC we mo Y a au 975 AESL ty wis Sei DES x we Dro E i iL at izes Ata R fer AER oe sa 002 wa x wu we EE D gt ives LA sa zs LIRI OSS 2505 we 009 x KO EG ee vs trgi tab 9696 LL Ores s wo DOO K en Ges ites ero tee eoe mm KO BC qua ooo eot wee au ters set GA irtol i Des owe cod ooo M rite ow 0095 STL mr roi ux es wu ma coo ico estt ow e sei mo HII wit ie ux oa coo 810 XE Ltr wor mm COS wor BER omi suet wou eu DOE m oom Q0amppedas ANE ag YEER RE MERER 8 utu Tw 19431 sone OSL er mugg muzy oca bei ebri PERON AE _ ONTO A UNE L SDIOIEA 8D E QE T Wd DOLE PAD Liv Spa ep PIU Gei WOH 0055 8 M EE ZT ZD UB munmu od wda gola O ZI SS mute us mue jog ssl dens SPO ap opeusmid Gd am dove pon ua CIPRO 32d wae Zara U
20. 12 Ao utilizar HHO como um suplemento do combust vel o FS2 ajusta o fornecimento de combust vel para aperfei oar a efici ncia Quando HHO est desativado o FS2 automaticamente se reajusta e muda para mapas altamente eficientes aprimorados n o HHO 12 O FS2 um ve culo espec fico com programa personalizado e micro controlador 20 de MHz Ele utiliza a sua alta velocidade de entrada sa da para se comunicar diretamente com a ECU atrav s da porta OBD Il s rie O FS2 compat vel com todos os fabricantes motores 47 diesel Flex sistemas de HHO suplemento e equipados com Turbo compressores por m n o compat vel com op es de motores h bridos propano ou de g s natural 12 Figura 18 Chip Volo Performance FS2 PWR LINK ACT ECU a AFREEN CEN Lo 3 MODEL B RESET a Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 3 1 2 5 Amperimetro digital O amper metro digital conforme mostrado na figura 19 um instrumento utilizado para fazer a medida da intensidade no fluxo da corrente el trica que passa atrav s da sess o transversal de um condutor e tem como fun o informar visualmente para que o condutor possa corrigir o eletr lito caso a corrente seja maior ou menor que 15 Amp re Figura 19 Amperimetro digital 50 amp res Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 48 3 1 2 6 Rele O rele mostrado na figura 20 nos pe
21. 13 Dist ncia de extin o de chama Descreve a propriedade de extin o da chama de um combust vel quando usado em motores de combust o interna Especificamente a dist ncia de extin o considera a dist ncia das paredes do cilindro do motor onde as chamas extinguem se devido s perdas de calor A dist ncia de extin o da chama n o possui relev ncia em c lulas de combust veis A dist ncia de extin o de chama para o hidrog nio 0 064 cm aproximadamente 3 vezes menor que para outros combust veis gasolina e metano A tabela 7 mostra as propriedades relevantes ao uso do hidrog nio em motores de combust o interna Tabela 7 Propriedade relevantes ao uso do hidrog nio em MCIs 8 Propriedade Gasolina GNV Hidrog nio Efeito Limite de flamabilidade 0 7a4 0 4 a 1 6 0 1 a 7 1 Grande extens o de flamabilidade Velocidade laminar de chama 0 37 a 0 43 0 38 1 85 Alta velocidade de chama boa m s estabilidade N mero de octano pesquisado 87 a 99 140 gt 120 Altas taxas de compress o Temp de chama adiab tica K 2580 2214 2480 M nima energia de igni o 0 24 0 28 0 02 Temperatura de auto igni o 550 723 858 Propenso a pr igni o K Dist ncia de extin o de chama 2 2 1 0 64 mm Valor calorifico inferior 44 79 45 8 119 7 MJ kg Calor de combust o MJ kg 2 83 2 9 3 37 Vapor de gasolina Desfavor vel Favor vel Fonte Advanced Hydrog
22. 5 a 3 25m s e uma ordem de magnitude alta se comparado com o metano ou gasolina a condi es estequiom tricas Sendo assim o hidrog nio queima rapidamente sua vida muito curta 7 2 1 7 Detona o Uma detona o tamb m um evento de combust o onde a onda de queima possui velocidade supers nica no ambiente n o reagido 7 Uma detona o tipicamente um evento que ocorre em uma escala de tempo muito pequena com uma grande quantidade de energia liberada Uma detona o de um g s 24 combust vel ocorre numa composi o pr misturada como na deflagra o Os limites m nimos e m ximos para detona o s o 18 3 e 59 de concentra o de hidrog nio no ar Uma detona o requer um ignitor de alta energia 10kJ ou mais A m xima sobrepress o te rica obtida da detona o de uma nuvem de hidrog nio 14 5 atmosferas se essa nuvem de g s for diretamente acendida 7 Uma interessante e importante caracter stica do choque de detona o a forma o de c lulas de detona o Uma c lula um volume f sico formado pelas ondas de choque viajando atrav s da atmosfera n o reagida Ondas de choque refletem em todos os objetos em seu caminho bem como na terra montanhas e constru es A tabela 3 nos d um resumo das propriedades de deflagra o e detona o do hidrog nio a temperatura e press o ambiente 1 atm 25 C 7 Tabela 3 Propriedades de combustado do g s hidrog nio no ar a
23. Curso Ponto morto superior Arvore de manivelas virabrequim Fonte Uol educa o F sica do autom vel adaptado 2 3 1 Ciclo Otto Os processos que ocorrem nos motores a lcool a gasolina ou flex de quatro tempos s o representados logo a seguir por meio de diagramas que representam o ciclo do motor a combust o interna ciclo Otto As figuras 4 5 6 e 7 demonstram o funcionamento de um ciclo em etapas por meio de diagramas de press o por volume A figura 8 apresenta o ciclo ideal completo e a figura 9 apresenta um ciclo real completo 13 Admiss o da mistura 1 tempo Abertura da v lvula de admiss o nesta situa o a velocidade de avan o da mistura dos fluidos praticamente igual velocidade do pist o Em consequ ncia desse fato a press o fica praticamente constante e o volume aumenta processo isob rico A gt B conforme mostra a figura 4 13 34 Figura 4 Admiss o da mistura 1 tempo Fonte Uol Educa o F sica do autom vel e GREF com adapta es Compress o da mistura 2 tempo Nesta situa o o trabalho do pist o convertido totalmente em energia interna da mescla dos fluidos que possuem a press o e temperaturas elevadas Essa condi o produz uma compress o adiab tica pois o processo muito r pido e praticamente n o h trocas de calor O volume diminui medida que a press o e a temperatura aumentam B gt C conforme esbo a a figura 5 13 Figu
24. Hydrogen Properties College of the Desert December 2001 Disponivel em http www1 eere energy gov hydrogenandfuelcells tech_validation pdfs fcm01r0 p df Acesso em 20 out 2013 WHITE CHRISTOPER Advanced Hydrogen Fueled Engines Potential end Challenges University of New Hampshire Sandia National Laboratories ERC Symposium June 2007 SARDELLA Antonio Curso Completo de Quimica S o Paulo Editora tica 22 Edi o 1999 PANDEY P C and SHAN H S Modern Machining Processes Tata McGraw Hill 1985 WADDELL RICHIE Converted How to convert your vehicle into a hydrogen hybrid in about 3 hours and save HydroClubUSA 2011 Volo performance inc Disponivel em http voloperformance com fs2hhoedition html Acesso em 01 out 2013 66 13 NASCIMENTO JOEL H S Estudos dos processos fisicos envolvidos nos motores que utilizam como combustivel lcool e gasolina ciclo otto Universidade Cat lica de Bras lia 2008 67 ANEXO I Teste de poluentes em condi es normais do ve culo ANIS UNIJUI c e Laborat rio LAMECO PG A 5 0 0 os Il SBO SP e 19 2108 1000 Analisador de Gases www snapon com br RESULTADO VE CULO APROVADO 10 10 2013 16 18 01 Cliente F BIO WOLLMANN Bairro CEP Marca GM Km Atual 88436 Rota o 600 a 1200 2300 a 2700 RPM Veiculo CORSA Chassi Varia o Max Rota o 200 RPM Modelo 1 0 EFI WIND BV Comb Gasolina Prox Inspe o 09 04 2014 Ano Fab 2000 Tipo Igni o
25. OI UD PIWO 7104 sec t suo wdy core COME wwa upawa spusta 01060764 91591 soccer ezai e52u9u Pan ap odir emesa raura 2sopeb cr PLING jap 0204 91 ve pin daa ou paka equwog 540050 og ausu EI aka ps cdueay ap PURA so pepsuim4 PPS opus CUPAN ORE waoe Load uuguigoAs OMY aye rez 0024402000 9 3 UOSH 844 X00 ION N L RAOL UHOL LEGY UHE ON E BOTO L Sang WOH fuss OONYBSYSHOO UEM OHO 2226714 OONvYBUvSHOS 1 EGO EI OP SUWON 1024 HOSLONAG O29v83Q TVIQHINOD 71 N os ez wi az el ooo oe ac ma anc my KOR U Ak Wa mM c q qa o coo qo cou Uoc wo coo toa oo a coo oa doa na coo tose bi Ag MOTA Cans 102 HOS LONAG Z og msy lt ava wee Ww mo coir ow Get G 204 art ors ow wut 59 e om aut Ya wa aat ool ms sra Wwe cem e cee cs ara wr ieee ac Da BEL zw ais or os TT at ore KLS SS 7371 ue me cost az 600 ort rs ss i A C J Fa UE se Doe er D es ane Li segi ul iis rbi oe wt wt mr oe wie itai PA wees ro toit a Du og xa G ERELL L tts 7 gozz ir con Ka ae BC EE BS LL wee EX A8 zu goer s Hi 5 roe Ore EK LL PL ca es 291 ore sg cio ws ma tore War se ro pu et IK vou wa re is reo me set Pets tont wa IEO me itot to we mm e text Wi ec iso wor troc Sai CH ate et toe Wi 73 zs FK Ri ic SC oi o mes m tow we so 569 sow rom Cr 91 we ate IDEs Doc oo wow aaa Gompeuue LYO uR MERER 1 pulse us iant Dech oor rome Ee L roc MES DRE Open udH corcueudy UU 099v830 1VIOH3NOO 72
26. Representa o de subst ncia gasosa 1 Representa o de subst ncia l quida aq Representa o de subst ncia aquosa EXPRESS O A W D dE dS Dt e lt m Sun TOE Goo e S SIMBOLOGIA DE EXPRESS ES MATEM TICAS DESCRI O PRINCIPAIS UNIDADES rea m cm mm Pot ncia kW W mW Densidade kg m Diferencial da energia J Diferencial da Entropia J K Dist ncia comprimento m cm mm um Carga el trica Coulomb C Energia J Tens o V Volume L mm m ml Rendimento 06 Frequ ncia Hz Constante de Farady Energia interna do sistema J Acelera o da gravidade m s Entalpia J Corrente A mA Fator lambda 06 Massa kg g Massa do el tron g uma Massa de Hidrog nio kg g Massa molecular kg g Temperatura C K F Tempo h min s Press o Nim atm bar psi mmHg SUM RIO INTRODU O EE 15 1 OBJETIVOS E 16 1 1 OBJETIVO tel 16 1 2 OBJETIVOS ESPECIFICOS sa iai a tants eek Ce ut 16 2 FUNDAMENTA O TE RICA ssssscesecsssssesscessscsssscersecosscsssscarseassecsenscarsearsaceeass 17 2 1 HIDROG NIO Mec PETER 17 2 1 1 HISt TI CO MS 17 2 1 2 Caracter sticas do bidrog nio eee eee 18 2 1 3 Combust o do hidrog nio esse eee 20 21d FOGO PTT 22 2 1 5 DCFIAGKACA TT 22 21 6 Velocidade de queima EE 23 E DEtONA O PRESE 23 2 1 8 FIAShPONMIE i tuc tease tetro eter Pe tee aeter eas pite be dese ERE dos 25 2 1 9 Extens o de flamabilidade e
27. UNUU Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DCEEng Departamento de Ci ncias Exatas e Engenharias Curso de Engenharia Mec nica Campus Panambi F BIO LEANDRO WOLLMANN ESTUDO DA UTILIZA O DE G S HIDROG NIO EM VE CULOS AUTOMOTORES Panambi 2013 F BIO LEANDRO WOLLMANN ESTUDO DA UTILIZA O DE G S HIDROG NIO EM VE CULOS AUTOMOTORES Trabalho de conclus o de curso apresentado banca avaliadora do curso de Engenharia Mec nica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJU como requisito parcial para a obten o do t tulo de Engenheiro Mec nico Banca Avaliadora 1 Avaliador Prof Gil Eduardo Guimar es Dr 2 Avaliador Orientador Prof Roger Schildt Hoffmann M BIOGRAFIA DO AUTOR F bio Leandro Wollmann nascido em 1986 no munic pio de Tr s de Maio do Estado do Rio Grande do Sul Completou sua forma o de ensino m dio no Col gio Dom Hermeto em 2003 no munic pio de Tr s de Maio RS Iniciou sua vida profissional em 2005 na Kepler Weber Industrial S A como ajudante geral no processo de galvaniza o a fogo Ingressou no departamento de suprimentos da mesma empresa em 2007 como planejador de materiais Neste mesmo setor trabalhou como comprador no per odo de 2009 a 2012 Atualmente exerce a mesma fun o junto engenharia de movimenta o de gran is s lidos onde respons vel por desenvolvimento de fornecedores negocia o de i
28. a do leo 9C 95 93 97 97 95 Rota o Var Motor RPM 2300 2700 959 957 960 2512 2490 2534 APROVADO Fonte Autor A Segunda bateria de testes foi elaborada com o ve culo funcionando com gasolina e hidrog nio e os dados concebidos no teste ser o apresentados na tabela 12 A tabela apresenta a m dia dos testes e os limites superiores e inferiores calculados pelo desvio padr o das amostras 57 Tabela 12 Teste de emis o de poluentes no ve culo com adi o de H3 TESTE EMISAO DE POLUENTES ADI O DE H2 ITEM DE INSPE O LIMITES LENTA INF SUP 2500 RPM INF SUP RESULTADO CO corrigido vol 1 0 16 0 16 0 17 0 29 0 08 0 51 APROVADO oss 100 099 098 099 APROVADO HC hexano ppm vol D 2 TE convi gt 016 016 017 029 oo 0 51 HC hexano ppm vol 63 49 78 48 26 Temperaturado leosC 91 88 94 96 93 98 Fonte Autor 3 2 2 Ensaio de torque e pot ncia Os ensaios com o dinam metro de rolos para detec o dos par metros de torque e potencia foram realizados na empresa COMERCIA DEBACCO Pr Diesel em Santo ngelo RS juntamente com o respons vel t cnico pelo equipamento e os dados concebidos nos testes ser o apresentados no gr fico da figura 31 com o ve culo em estado original de trabalho e o gr fico da figura 32 com a adi o de hidrog nio Figura 31 Teste de Torque e Pot ncia em rela o a RPM sem H 60 7 6 Po
29. a e press o G s ambiente Temperatura de autoigni o 584 C EE Poder Calor fico Inferior 2 359 kWh l 8 495 MJ 1 Ho l quido 33 kWh kg 1220 MJ kg Poder Calor fico Cuperior mn Ho l quido 39 41 kWh kg 141 86 MJ kg Poder calor fico superior HHV do H Densidade 0 C e 1 atm 0 0899 kg m 70 79 kg m H l quido Ponto de ebuli o 252 8 C na press o de 1 atm Inflam vel entre as concentra es de 4 a 75 de H3 142000 J g Limite de inflamabilidade no ar por volume Fonte Hidrog nio Evoluir Sem Poluir NETO EMILIO H G 2 1 3 Combust o do hidrog nio Quando armazenado sob alta press o ou no estado liquido o hidrog nio em contato com o ar atmosf rico tem uma grande capacidade de queima altamente severa Geralmente quando h vazamento de hidrog nio em um caso verificasse a pr pria 21 dissipa o deste g s no ar em ambientes abertos cuja queima dura fra es de segundos por outro lado se o vazamento ocorre em locais fechados como em garagens tuneis ou oficinas a dissipa o do g s hidrog nio muito deficiente e no caso de entrar em combust o podem ocorrer graves acidentes devido a alta velocidade de propaga o da chama algo em torno de 40cm s 6 Por outro lado numa condi o extrema de temperatura negativa existe hidrog nio no estado criog nico temperatura menor que 70 C e em caso de acidentes causa queimaduras criog nicas ou congelantes al m da hi
30. ada anteriormente o motor pode consumir pouco combust vel e gerar pot ncia reduzida Este o caso em que se obt m mistura pobre isto um lambda maior que 1 gt 1 13 A tabela 9 esquematiza de maneira simples e reduzida o que foi apresentado Tabela 9 Rela o do fator lambda e o tipo de mistura 13 Fator lambda Tipo de mistura Quantidade de ar gt 1 Pobre Excesso 1 Ideal Ideal lt 1 Rica Falta Fonte Estudos dos processos fisicos envolvidos nos motores que utilizam como combustivel lcool e gasolina ciclo otto 41 Os motores que utilizam lcool ou gasolina atuam melhor com o fator lambda pr ximo a 1 pois este o ponto em que se obt m o maior torque associado ao menor consumo e menor emiss o de poluentes A tabela 10 expressa esta situa o de forma a resumida Tabela 10 Rela o do desempenho do motor e o fator lambda 13 Desempenho do motor A 1 Quantidade de ar Plena carga 0 9 Excesso Carga parcial 1 Ideal Marcha lenta 0 9a1 05 Variavel nte Estudos dos processos fisicos envolvidos nos motores que utilizam como combustivel alcool e gasolina ciclo otto 42 3 MATERIAIS E M TODOS Nessa se o ser o apresentados os experimentos realizados a fim de comparar os dados de potencia emiss o de poluentes e efici ncia do sistema todos estes mostrados em antes e ap s a instala o do gerador de hidrog nio
31. atura de 253 C e press o atmosf rica em sistema de armazenamento conhecidos com sistemas criog nicos Acima dessa temperatura se transforma em g s o qual pode ser armazenado em cilindros de alta press o 4 Como quimicamente ativo o Hz est sempre procura de outro elemento para se combinar Dependendo da concentra o as misturas de g s H com oxig nio s o inflam veis e at mesmo explosivas Quando queimado com oxig nio puro os nicos subprodutos s o calor e gua Quando queimados com ar constitu do por 68 de nitrog nio e 21 de oxig nio alguns xidos de nitrog nio NOX s o formados entretanto ainda assim menos poluente que os combust veis f sseis 4 Se tratando de tabela peri dica o elemento qu mico que ocupa a primeira casa e representado pela letra H Trata se de um elemento extremante simples visto que tem um n mero at mico de 1 e uma massa at mica pr xima de 1 dado que o seu is topo mais abundante tem um n cleo unicamente constitu do por um pr ton 5 O H possui aproximadamente 2 4 vezes mais energia que o g s natural por unidade de massa e cerca de 1100 vezes mais que uma bateria cida Sabendo que 1 kWh equivale a 3600 joules na tabela 1 tem se a representa o desse potencial em rela o a outras subst ncias 5 O n cleo do is topo mais abundante formado por um nico pr ton e nenhum n utron Entretanto existem outros dois is topos o deut rio que tem
32. e de encontrar solu es mais eficientes e menos poluentes para a produ o e consumo de energia eliminando em partes a depend ncia que existe atualmente por combust veis f sseis Como sempre o produto energia algo que representa s na es a possibilidade de supremacia sobre as demais Para as na es em desenvolvimento a possibilidade de deter tecnologias de gera o de energia renov vel algo que representa sair de uma posi o de submiss o para uma poss vel posi o de refer ncia Com isso aproveitando esse panorama mundial ser abordada neste trabalho a produ o de hidrog nio por meio de eletr lise com potencial de uso como energia renov vel e assim a sua utiliza o como combust vel na forma de g s auxiliar para queima em ve culos automotores 1 OBJETIVOS 1 1 Objetivo principal Este trabalho tem com objetivo principal realizar uma pesquisa de compara o sobre a utiliza o de g s hidrog nio como fonte de energia auxiliar na queima com a gasolina em ve culos automotores A presente pesquisa consiste em descrever o processo de gera o de hidrog nio por eletr lise a adapta o do sistema em um ve culo automotor as caracter sticas deste sistema realizar alguns testes e baseado nestes apresentar uma compara o dos benef cios desta aplica o com e sem o equipamento 1 2 Objetivos espec ficos Tem se como objetivos espec ficos Y A aquisi o de um gerador de hidrog ni
33. en Fueled Engines Potential end Challenges WHITE CHRISTOPER 30 Conhecendo todas estas caracter sticas vistas anteriormente conclui se que o hidrog nio queima com mais vigor do que a gasolina por m por um tempo mais curto 2 2 Eletr lise da gua A eletr lise uma rea o n o espont nea de decomposi o de uma subst ncia por meio de corrente el trica A eletr lise um processo eletroqu mico caracterizado pela ocorr ncia de rea es de oxi redu o em uma solu o condutora quando se estabelece uma diferen a de potencial el trico entre dois eletrodos mergulhados nessa solu o 9 Durante a eletr lise ocorre primeiro a decomposi o ioniza o ou dissocia o do composto em ions posteriormente com a passagem de uma corrente cont nua atrav s destes ons s o obtidos os elementos qu micos Em muitos casos dependendo da subst ncia a ser eletrolisada e do meio em que ela ocorre al m de formar elementos ocorre tamb m forma o de novos compostos A denomina o solu o eletrol tica empregada para designar qualquer solu o aquosa condutora de eletricidade deriva justamente desse processo 9 A Figura 2 mostra o esquema de uma c lula eletrol tica na qual ocorre a eletr lise da gua salgada Figura 2 Gerador de hidrog nio por eletr lise Fonte Autor 31 Um composto i nico neste caso o KOH dissolvido em agua de modo que seus ons estejam dispersos e dispon
34. engatada a primeira marcha e acelerado devagar at a marcha escolhida a partir deste momento dada 56 acelera o m xima at seis mil giros ou giro desejado a partir deste ponto o ve culo deve ser desengatado O equipamento deve parar sozinho e em momento algum deve ser freado 3 2 Experimentos com e sem o gerador de hidrog nio Para melhor entendimento do leitor os testes relacionados a seguir ser o apresentados em forma de tabela sempre relacionando os resultados com e sem o gerador de hidrog nio 3 2 1 Ensaio de emiss o de poluentes Os ensaios de emiss o de poluentes foram realizados no laborat rio da UNIJU Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul juntamente com o respons vel pelo testes com o equipamento A primeira bateria de testes foi elaborada com o ve culo funcionando somente com gasolina e os dados concebidos no teste ser o apresentados na tabela 11 A tabela apresenta a m dia dos testes e os limites superiores e inferiores calculados pelo desvio padr o das amostras Tabela 11 Teste de emis o de poluentes no ve culo original TESTE EMIS O DE POLUENTES ORIGINAL ITEM DE INSPE O LIMITES LENTA INF SUP 2500RPM INF SUP RESULTADO CO corrigido vol 1 0 35 0 26 0 44 0 30 0 21 0 40 APROVADO Fator Dilui o 2 5 1 54 1 18 1 90 1 06 1 04 1 07 APROVADO osa om 021 oz os 020 HC hexano ppm vol 90 57 123 52 32 Temperatur
35. equiom trica 5 Deflagra es podem de certa forma passar para uma condi o de detona o onde a onda aumentada por fatores tais como concentra o de hidrog nio de 18 a 59 o grau de confinamento do g s a presen a de obst culos ou condi es que promovam turbul ncia no g s em processo de queima e a pot ncia da fonte ignitora Outros fatores incluem condi es clim ticas como umidade ventos e invers es atmosf ricas que poder o parcialmente refletir em uma onda de combust o voltando em dire o ao ch o Pesquisadores afirmam que muito dif cil de ocorrer transi o de deflagra o para detona o em ambiente ao ar livre desde que haja um ignitor fraco 6 2 1 6 Velocidade de queima Esta a velocidade em que a chama viaja atrav s de uma mistura gasosa combust vel A velocidade de queima diferente da velocidade da chama A velocidade da queima indica a severidade de uma explos o desde que a velocidade de queima tenha uma grande tend ncia de suportar a transi o de deflagra o detona o em t neis longos ou tubos A velocidade da chama a soma da velocidade de queima e a velocidade de deslocamento da mistura n o queimada Velocidades de queima variam com a concentra o de g s e aumentam em ambos os fins da extens o de flamabilidade Abaixo do limite m nimo de flamabilidade e acima do limite m ximo de flamabilidade a velocidade de queima zero A velocidade de queima do hidrog nio 2 6
36. es que ser o apresentados a seguir ser utilizado o autom vel conforme mostrado na figura 24 do fabricante Chevrolet modelo Corsa Wind Hatch Super motor 1 0 EFI 8V com 60HP de pot ncia ano de fabrica o 2000 atualmente com 88 000km 51 Figura 24 Corsa Wind Hatch Super 1 0 EFI 8V 60HP ano de fabrica o 2000 Fonte Autor 3 1 4 Kit para gera o de hidrog nio O kit para gera o de hidrog nio juntamente com todos os seus componentes conforme mostrado na figura 12 foi adquirido do fabricante americano HIDROCLUBUSA a um custo de US328 71 mais US53 82 de frete totalizando assim o valor de R 841 56 Este kit foi instalado conforme manda o fornecedor e est representado nas figuras 25 26 e 27 Figura 25 Chip Volo Performance o E ne PUR K ACT ECU STBY moo Fonte Autor 52 O chip Volo para controle da inje o eletr nica foi instalado em um suporte pr ximo a porta OBD do veiculo e para preservar as caracter sticas f sicas do interior do autom vel foi instalado o rel e o amper metro digital dentro do porta luvas Figura 26 Instala o do rel e amperimetro digital Fonte Autor Figura 27 Componentes hidr ulico montados no motor do ve culo teste Fonte Autor 53 3 1 5 Analisador de gases PGA 500 O Analisador de gases PGA 500 conforme mostrado na figura 28 um moderno equipamento baseado em plataforma Windows sete especia
37. ese esee E rn nnne tantas 25 2 1 10 Temperatura de outoignicdo 27 2 11 N mero de octanagelm Ee e RE ves in RENE 28 2 1 12 Energia de IGNI O esc dee t e e I Eee do ba abbas e UI vba E 28 2 1 13 Dist ncia de extin o de chama sisse dA A 62 nennen AA Ree DA sensns rana nns 29 2 2 ELETROLISE DA AGUA ois ee S seu cu ions oh RU SOON SERITUR TA NUR US Sion 30 2 2 1 Solu o eletrol tica ou eletr lito sss see eee 32 2 3 MOTORES DE COMBUST O INTERNA eene eee eee 32 23d CIMO P e o ed t attico abt ut Dedit cuperet Cou cte ca 33 2 3 2 TRABALHO REALIZADO NO MOTOR iint einen eri bn ee true arii erras 37 2 3 3 Rendimento das maquinas t rmicas esses ee ee eee 38 2 3 4 Rela o estequiom trica Ar x Combust vel sese sese eee ee seien 39 23 97 VELO EE 39 3 MATERIAIS E M TODOS E 42 3 1 GERADOR DE HIDROG NIO POR ELETR LISE xe ee 42 3 1 1 O que um gerador de hidrog nio por eletr lise ee eee 42 3 1 2 Componentes do Kit para gera o de hidrog nio eee 43 3 1 3 Veiculo em TOSTO Wa wk ligada dia ias een Pao veg sab ake 50 3 1 4 Kit para gera o de bidrog nio ee eee 51 3 1 5 Analisador de gases DGA SO 53 3 1 6 Dinam metro de rolos Dynotec 23201 53 3 2 EXPERIMENTOS COM E SEM O GERADOR DE HIDROG NIO sse e e e 56 3 2 1 Ensaio de emiss o de poluentes sss 56 3 2 2 Ensaio de torque e pot ncia eee 57 3 2 3 Ensaio de consumo
38. ezi we er eu oes ux wee we LI ere esi d s ua os re wa ou tre DC Ei goer as We wa ior ir ou eee vs io ux EE iza ero wa SUMA voor zu we Ae oes eer ag cec yake MANER ap Golepaue ua EU DC Lact oos masa KEJ mueg mar wdc carom SESI ads Gr AA 099v830 TVIDSINOO
39. gura 33 Comparativo de torque estre gasolina e adi o de H 7 9 gt Hidrog nio Gasolina 2700 3100 3500 3900 4300 4700 5100 5500 5900 RPM Fonte Autor O gr fico apresentado na figura 33 mostra a diferen a entre as curvas de torque com e sem a adi o de H Esta diferen a representa um aumento de torque de 3 6 a 8 por faixa de RPM O gr fico apresentado na figura 34 mostra a diferen a entre as curvas de pot ncia no motor com e sem a adi o de H Esta diferen a representa um aumento de pot ncia no motor de 3 5 a 8 por faixa de RPM 62 Figura 34 Comparativo de pot ncia entre gasolina e adi o de H 65 60 Hidrog nio 55 Gasolina 50 Pot ncia Cv 45 40 35 30 25 2700 3100 3500 3900 4300 4700 5100 5500 5900 RPM Fonte Autor 4 3 Experimento de consumo de combust vel Este experimento teve a finalidade de verificar o consumo m dio de quil metros por litro de combust vel consumido Analisando os dados coletados e apresentados nas planilhas 13 e 14 podemos verificar um aumento significativo nos quil metros percorridos com um litro de combust vel O valor m nimo de ganho apresentado neste experimento varia de 6 at uma m dia de 43 Desta forma pode se concluir que a adi o de hidrog nio nas condi es de produ o conforme estabelecidos pelo fabricante melhora o desempenho do veiculo testado 4 4 Discuss o ge
40. ia para formar ons livres o eletr lito forte se a maioria dos solutos n o dissociar o eletr lito fraco As propriedades de eletr litos podem ser exploradas atrav s da eletr lise para extrair elementos constitutivos e os compostos contidos na solu o 10 2 3 Motores de combust o interna A maioria dos ve culos atualmente usa motores que possuem o ciclo de combust o de quatro tempos para converter a energia concentrada na gasolina em movimento Este tipo de ve culo recebe o nome ciclo Otto em homenagem a Nikolaus Otto que o inventou em 1867 13 Os motores de antigamente fabricados na d cada de 80 eram feitos geralmente de a o e ferro fundido Contudo atualmente por motivos de economia e durabilidade esses mesmos motores est o sendo desenvolvidos com a o e alum nio por ser um material mais leve e de dif cil oxida o 13 Para que um motor realize trabalho de forma intermitente ou interruptamente a subst ncia de trabalho passa por uma s rie fechada de processos termodin micos 33 chamados de tempos voltando repetidamente a cada estado neste ciclo cabe ressaltar que no motor real o ciclo n o totalmente fechado A estrutura b sica desse motor demonstrada na figura 3 Figura 3 Estrutura de um motor de 4 tempos V lvula de V lvula de escape admiss o LA _ Saida dos gases BV resultantes da Es combust o Entrada de ar combustivel Ponto morto superior
41. lica Figura 22 Esquema de montagem hidr ulica G s H 05 para o motor Filtro TT V lvula de reten o ES _ Borbulhador Dreno H 0 KOH Altura necessaria de no minimo D 12 Saida gas Hy 0 Entrada H 0 KOH Fonte Autor O borbulhador deve ficar no m nimo a 12 de altura em rela o ao gerador de hidrog nio por meio da gravidade a solu o aquosa de gua e sal o eletr lito descer at o 50 gerador As setas pretas representam a tubula o em mangueira de borracha e o sentido de circula o da solu o Ao chegar ao gerador solu o aquosa sofre o processo de eletr lise conforme explicado no capitulo 2 2 e sai em forma de bolhas de gas H e Op As bolhas misturadas com o eletr lito sobem novamente ao reservat rio inicial onde se separam por completo neste ponto o g s direcionado ao filtro este por sua vez ir reter qualquer quantidade de eletr lito que possa chegar at este ponto Do filtro o g s HHO vai ser direcionado a aspira o de ar do ve culo onde a suc o do motor respons vel pela circula o do g s no interior do sistema A segunda parte para o funcionamento do equipamento as liga es el tricas A figura 23 mostra o esquema e seus componentes Figura 23 Esquema el trico de alienta o do gerador Ligar na alimenta o da bomba de combust vel Fonte Autor 3 1 3 Veiculo em teste Para os test
42. limites superiores e inferiores calculados pelo desvio padr o das amostras Os dados obtidos na tabela 13 correspondem a tr s amostras com uma soma total de 1350 km percorridos Os dados obtidos na tabela 14 correspondem a duas amostras com uma soma total de 400 km percorridos Tabela 14 Teste de consumo com adi o de H CONSUMO COM ADI O DE H2 M dia km L 16 599 Desvio Padr o km L 2 269 Lim Inferior km L 14 331 Lim Superior km L 18 868 Fonte Autor 60 4 DISCUSS O DOS RESULTADOS OBTIDOS A rela o entre pr tica e teoria muitas vezes sofrem diverg ncias Sabe se que em situa es pr ticas muitos fatores tendem a distorcer os resultados obtidos na teoria A coleta das amostras podem conter erros O trabalho buscar a fonte dos erros e caso n o seja poss vel minimiza los os mesmos devem ser identificados e quantificados Nesse contexto que foram realizados os experimentos apresentados no cap tulo 3 2 dos quais ser o discutidos os resultados obtidos procurando trazer uma interpreta o clara e objetiva 4 1 Experimento de emiss o de poluentes Como visto a realiza o dos experimentos teve a finalidade de averiguar qual seria o comportamento da emiss o de poluentes com a adi o de H Nesses experimentos quando comparados os resultados das tabelas 11 e 12 foi poss vel verificar que o processo com adi o de H apresenta uma diminui o nos poluentes medidos
43. lmente desenvolvido para uso em Centros de Inspe o Oficial como tamb m em oficinas de repara o automobil stica O equipamento capaz de efetuar medi es de Rota o RPM Temperatura 2C Lambda Rela o Ar Combust vel AFR Oxig nio 02 Mon xido de Carbono CO Di xido de Carbono CO2 Hidrocarbonetos HC CO corrigido CO cor e Dilui o CO CO2 de ve culos com motores a lcool gasolina ou g s natural veicular GNV utilizando a tecnologia infravermelha n o dispersiva O PGA 500 possui um banco de dados de ve culos e os testes s o avaliados de acordo com os limites oficiais pr estabelecidos para o ano de fabrica o do veiculo em teste Al m disso o programa tamb m possui um banco de dados de armazenamento das inspe es realizadas em modo oficial Os dados deste teste ser o apresentados tamb m como anexo em modo de laudo aprovado pelo INMETRO Figura 28 Analizador de gases PGA 500 fabricante SUN Fonte Manual de opera o Snep on Brasil 3 1 6 Dinam metro de rolos Dynotec 720i Este sistema de ensaio conforme mostrado nas figuras 29 e 30 o mais s rio que existe para a medi o de pot ncia e usado pelas equipes de competi es de todo o 54 mundo Seu fundamento parte do princ pio de inercia t o antigo como a pr pria f sica mais f cil de aplicar a medi o de pot ncia desde o uso massivo dos computadores Outro dos detalhes sobressalentes deste m tod
44. m c lulas de combust veis o n mero de octanagem irrelevante Tabela 6 Comparativo do numero de octanagem de alguns combustiveis Combust vel N mero de octano Hidrog nio 130 queima branda Metano 125 Propano 105 Octano 100 Gasolina 87 Metanol 30 Fonte Hydrogen Properties College of the Desert 2 1 12 Energia de igni o Energia de igni o a soma de energia externa que pode ser aplicada a fim de acender uma mistura de combust vel A energia de uma fonte externa deve ser maior que a temperatura de autoigni o e ser de dura o suficiente para aquecer o vapor de combust vel at sua temperatura de igni o Fontes comuns de igni o s o chamadas de fa scas Embora o hidrog nio possua uma alta temperatura de autoigni o em rela o ao metano propano e gasolina sua energia de igni o a 1 9 10 BTU 0 02mJ de baixa magnitude e entra em igni o muito facilmente Uma fa sca invis vel ou eletricidade est tica proveniente de uma descarga el trica de um corpo em condi es de clima seco poder 29 conter energia suficiente para iniciar a igni o de uma mistura ar combust vel O hidrog nio tem a propriedade de baixa eletrocondutividade sendo que o fluxo ou agita o do g s ou l quido poder gerar cargas eletrost ticas que resultam em fa scas Por esta raz o todos os equipamentos que armazenam e distribuem hidrog nio devem estar aterrados 7 2 1
45. ma temperatura de igni o nica Para o hidrog nio a temperatura de autoigni o relativamente alta 585 C Isto torna dif cil de acender uma mistura de ar hidrog nio somente com calor sem uma fonte de igni o adicional A tabela 5 mostra uma compara o da temperatura de autoigni o de alguns combust veis 7 Tabela 5 Tabela comparativa da igni o de alguns combustiveis Combustivel Temperatura de autoigni o Hidrog nio 585 C Metano 540 C Propano 490 C Gasolina 230 a 480 C Metanol 385 C Fonte Hydrogen Properties College of the Desert 28 2 1 11 N mero de octanagem O n mero de octanagem descreve as propriedades de um combust vel de resistir explos o por press o quando usado em motores de combust o interna Auto detona o uma detona o secund ria que ocorre depois da igni o do combust vel devido ao calor subir em algum ponto espec fico da c mara de combust o de forma que esta temperatura local exceda a temperatura de autoigni o do combust vel O desempenho do octano de combust veis hidrocarbonetos usado como uma norma para medir a resist ncia a batidas cujo valor relativo foi estabelecido em 100 O hidrog nio possui um grande valor de n mero de octano e al m disso resistente a auto detona o sempre que queimado sob condi es de misturas fracas 7 A tabela 6 mostra um comparativo do n mero de octanagem de combust veis E
46. mbasamento cient fico referente eletr lise da gua e motores de combust o interna Em sequ ncia s o apresentados alguns testes comparativos feitos em um autom vel com e sem a adi o de g s hidrog nio Express es chaves Gerador de hidrog nio combust vel hidrog nio efici ncia energ tica ABSTRACT This Essay regards to Renewables Energies especifically focused on Hydrogen s Electrolysis Generators and their benefits as auxiliar fuel First of all some basic information and curiosities will be explained about this technology Besides a brief records about Hydrogen g s and it properties will be presented The following steps will introduce some theorical references regarding electrolysis of water and internal combustion engines Finally will be presented the final results achieved with a mock up car establishing some tests comparisons with without Hydrogen Key expressions Hydrogen generator hydrogen fuel energetic efficiency LISTA DE FIGURAS Figura 1 Extens o de flamabilidade para v rios combustiveis a temperatura atmosf rica 26 Figura 2 Gerador de hidrog nio por eletr lise EE 30 Figura 3 Estrutura de um motor de 4 tempos eee 33 Figura 4 Admiss o da mistura 19 tempo ss eee 34 Figura 5 Compress o da mistura 29 tempo sss sese eee eee eee eee 34 Figura 6 Explos o da mistura 32 tempo asian eee eee eee 35 Figura 7 Exaust o dos gases 4 tempo nenne nennen enne nn
47. no diagrama P x V figura 8 para o ciclo completo do motor a combust o interna que denominado ciclo Otto 13 Figura 8 Gr fico que representa o Ciclo Otto ideal completo Expans o Igni o Compress o Panl Escape Admissao Fonte Uol Educa o F sica do autom vel e GREF com adapta es Os processos descritos acima s o situa es bem pr ximas do real Dessa forma o diagrama das varia es da press o e do volume em um motor real manifesta alguma diferen a em rela o ao analisado precedentemente Na admiss o a press o n o permanece constante o processo n o perfeitamente isob rico pois o volume da mistura ar combust vel n o acompanha o movimento do pist o havendo portanto certa diminui o de press o Na explos o o processo n o perfeitamente isovolum trico isom trico porque n o acontece instantaneamente e ocorre com certa velocidade do pist o 13 A exaust o isom trica vista no ciclo Otto ideal n o chega a ocorrer no ciclo real porque o cilindro inverte bruscamente sua velocidade transmitida pelo eixo e j empurra a 37 mistura queimada para fora A exaust o real n o de fato isob rica porque o pist o tem velocidade inferior com rela o velocidade de escape do g s 13 O diagrama P x V da figura 9 apresenta o ciclo completo de um motor real Figura 9 Gr fico que representa o Ciclo Otto real completo Go m x m Expan
48. ns 35 Figura 8 Gr fico que representa o Ciclo Otto ideal completo sss sese eee eee 36 Figura 9 Gr fico que representa o Ciclo Otto real completo sss eee eee 37 Figura 10 Gr fico que representa o Ciclo de Carnot sese ee eee 38 Figura 11 Hydrocell para HHO sese ennt nnn nnns sse nnns 42 Figura 12 Kit de instal o da Hydrocell HHO sss sese 43 Figura 13 Reservat rio ou borbulhador sss esse 44 Figura 14 Reservat rio d filtr ENEE 44 Figura 15 Placas em a o inox 316L sees 45 Figura 16 Esquema de montagem da Hydrocell sss 45 Figura 17 Alimenta o el trica da Hydrocell essen 46 Figura 18 Chip Volo Performance Es 47 Figura 19 Amperimetro digital 50 amp res eee ee eee 47 Figura 20 Rel automotlVO 5 cres tree tercie esed a tende eee aves Den annes da eia ANNASA naaa 48 Figura 21 Disj ntor Lamina paes asas team dee dd deel eee edet eene cet ert CAN Tea DA edo eA p e eed o een e 49 Figura 22 Esquema de montagem hidr ulica sss sese 49 Figura 23 Esquema el trico de alienta o do gerador sese 50 Figura 24 Corsa Wind Hatch Super 1 0 EFI 8V 60HP ano de fabrica o 2000 51 Figura 25 Chip Volo Performance 51 Figura 26 Instala o do rel e amperimetro digital sees 52 Figura 27 Componentes hidr ulico montados no motor do ve culo teste 52 Figura 28 Analizador de gases PGA 500 fabrican
49. nuir drasticamente a emiss o de poluentes Segundo a empresa o motor de seu ve culo s precisa de uma quantidade pequena de HHO para atender os resultados esperados 11 3 1 2 Componentes do Kit para gera o de hidrog nio O kit Hydrocell conforme mostrado na figura 12 composto por diversos componentes entre eles liga es hidr ulicas e el tricas que ser o descritos a seguir Figura 12 Kit de instal o da Hydrocell HHO Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 3 1 2 1 Borbulhador A figura 13 mostra o reservat rio de gua ou borbulhador Este reservat rio possui aproximadamente o volume de um litro constru do em material pl stico resistente oxida o da solu o eletrol tica Tem por fun o armazenar a solu o eletrol tica e reter as bolhas dos gases H e O a fim de direcion los para a sua utiliza o final 11 44 Figura 13 Reservat rio ou borbulhador Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 3 1 2 2 Filtro O filtro conforme mostrado na figura 14 tem as mesmas caracter sticas que o borbulhador por m este recipiente separa completamente o g s HHO de improv veis bolhas que possam conter l quido O orif cio abaixo no centro do reservat rio permite drenar a parte l quida a fun o do filtro muito importante pois vai impedir que l quidos entrem no motor do ve culo 11 Figura 14 Reservat rio de fil
50. o a capacidade de medir a pot ncia de perda absorvida pelos elementos da caixa de cambio e o conjunto de da transmiss o Esta medi o se realiza na fase de desacelera o do ensaio Figura 29 Veiculo teste em prova de torque e pot ncia Fonte Autor Dados de ensaio Pot ncia no virabrequim na roda e pot ncia de perda cada 25 rpm Torque no virabrequim e na roda cada 25 rpm An lise de rea de cada prova Sistema de corrida medi es em metros e em tempo simula o de arrancada C lculo das diferen as de velocidade Potencia instant nea 55 Potencias media de cada item nico software com essa vantagem muito importante para uma medi o correta An lise simult nea de at 10 provas Ventilador de ar progressivo junto com acelera o Sistema lambda em tempo real em gr ficos e n meros opcional banda larga Esta o barom trica digital e autom tica Variador de frequ ncia de 10 hp Interface com entrada para 05 sensores auxiliares Raque completo para disponibilidade do computador m vel Opcionais O software permite colocar at 4 5 sensores auxiliares Ex press o de leo temperatura velocidade de ar temperatura de ar etc Figura 30 Softwar do dinam metro de rolos DYNOTC 700i Fonte Autor O processo de calibra o do sistema do Dynotec 700 i feito a dois mil giros do motor em terceira ou quarta marcha conforme prefer ncia No teste
51. o por eletrolise servindo como base para testes comparativos de pot ncia rendimento e emiss o de poluentes Y Realizar testes para compara o dos sistemas Y Apresentar os c lculos e os resultados obtidos para propiciar discuss es sobre a tecnologia em quest o Y Apresentar diagramas que representem de maneira gr fica os valores coletados e os resultados obtidos dos c lculos realizados Y Difundir e despertar a curiosidade dos leitores sobre esse tema 17 2 FUNDAMENTA O TE RICA 2 1 Hidrog nio Para facilitar a compreens o das formas de utiliza o do g s hidrog nio H em MCI ser o abordados as propriedades relevantes deste combust vel e como este foi descoberto e utilizado ao longo dos tempos 2 1 1 Hist rico O hidrog nio o elemento mais abundante no universo Ele comp e 75 de sua massa e 90 de suas mol culas utilizar esta fonte de energia daria a humanidade uma reserva de energia ilimitada O primeiro registro hist rico deu se com o alquimista su o Paracelsus 1493 1591 o qual misturou metais com cidos e produziu um ar explosivo 1 Nota se que at ent o n o se tinha conhecimento de que esse g s fosse o H 1 Anos mais tarde um cientista conhecido com Robert Boyle 1627 1691 mais conhecido pela Lei de Boyle para um g s ideal realizou o mesmo experimento que Paracelsus e resolveu publicar suas descobertas em um artigo onde chamou o H de Solu o inflam vel de Marte
52. potermia aos seres humanos dano aos pulm es caso o vapor seja inalado Al m disso vazamentos de hidrog nio no estado l quido podem fazer uma estrutura met lica entrar em colapso pois o a o da estrutura afetada passa muito rapidamente do estado d ctil para fr gil podendo haver trincas ou fratura do metal No caso de vazamento no interior de ve culos no local onde o tanque esta situado toda a estrutura dos arredores fica comprometida 6 Em locais fechados o vazamento de hidrog nio ainda mais perigoso pois a raz o de expans o deste g s no estado l quido 253 C para temperatura ambiente 25 C de 1 840 nesta condi o o g s se expande violentamente e se torna uma potencial fonte de combust vel para alimentar as chamas no caso de ocorrer sua igni o 6 Pode se verificar durante a combust o do hidrog nio um fen meno chamado flash fire ou flash de queima Este fen meno o evento da combust o com baixa ou sem press o positiva e como o pr prio nome sugere este processo ocorre em um intervalo de tempo extremamente pequeno at que todo o hidrog nio seja consumido Quando o g s hidrog nio liberado no ar tipicamente a sua concentra o muito alta no ponto onde ocorreu o vazamento e nesta regi o a mistura ar mais hidrog nio muito baixa Se o g s hidrog nio entrar em igni o neste exato momento o resultado o flash de queima 6 Neste nfimo processo o hidrog nio queima dentro de vapor d
53. ra 5 Compress o da mistura 2 tempo i Fonte Uol Educa o Fisica do autom vel e GREF com adapta es 35 Explos o da mistura 3 tempo Neste trecho ocorre a explos o e n o h varia o de volume j que a rea o qu mica muito r pida n o h consequentemente o movimento do pist o Tamb m ocorre um grande aumento da temperatura e press o C gt D figura 5 Na segunda parte da explos o D gt E o pist o desce com extrema rapidez n o havendo assim trocas de calor Por esse motivo a expans o considerada adiab tica conforme mostra a figura 6 13 Figura 6 Explos o da mistura 3 tempo JE Fonte Uol Educa o F sica do autom vel e GREF com adapta es Escape dos gases 4 tempo Figura 7 Exaust o dos gases 4 tempo Fonte Uol Educa o F sica do autom vel e GREF com adapta es 36 Com a abertura da v lvula no motor E gt B ocorre a varia o da press o e da massa da mistura n o havendo assim tempo para a mudan a de curso do pist o e portanto a n o varia o do volume Essa descompress o considerada isom trica conforme mostra a figura 6 A exaust o dos gases ocorre no trecho B gt 4 Neste processo a massa do g s presente no cilindro diminui na mesma propor o que o volume e considerado isob rico conforme demonstra a figura 7 Os processos descritos logo acima s o representados de forma conjunta
54. ral Levando em considera o as melhorias apresentadas nos testes de emiss o de poluentes torque pot ncia e consumo seguem alguns fatos relevantes 63 O alternador do ve culo produz carga em excesso enquanto o gerador de hidrog nio apenas utiliza parte da capacidade extra enquanto o ve culo estiver em funcionamento Motores de combust o interna sugam o ar a partir da atmosfera Esse ar cont m cerca de 80 de nitrog nio o que in til para o ve culo Ele tamb m cont m cerca de 20 de oxig nio existem vest gios de outros gases no ar tais como arg nio di xido de carbono cript nio e outros gases mas estas representam apenas cerca de 1 no total Tudo o que estamos fazendo com o sistema de gera o de hidrog nio aumentar o n vel de Oxig nio e melhorar o combust vel da mistura que muito mais til para a combust o O g s H e O s o mais simples de construir do que a mol cula de gasolina eles atuam mais rapidamente e como um estimulante para inflamar a gasolina mais cedo e de forma mais completa O teor superior de oxig nio da mistura permite que mais gasolina queime o que tamb m aumenta a efici ncia como a adi o de vento para o fogo O g s H e O tem uma taxa de compress o maior do que a gasolina o que permite usar mais combust vel Quando HHO n o est em uso o combust vel adicional n o utilizado passa pelo motor e n o queima completamente Este efeito o lodo que se forma sobre os
55. rmite usar uma peguena corrente para ligar ou desligar o gerador de hidrog nio O rel um dispositivo eletromec nico ou n o com in meras aplica es poss veis em comuta o de contatos el tricos Este rel apresenta quatro terminais que devem ser usados conforme abaixo 11 e Terminal 86 Deve ser ligado na carroceria como negativo e Terminal 85 Deve ser ligado na alimenta o da bomba de gasolina e Terminal 87 Deve ser ligado no terminal positivo do gerador de hidrog nio e Terminal 30 Deve ser ligado no porta fus veis e para a bateria e Terminal 872 Manter desligado Figura 20 Rel automotivo Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 3 1 2 7 Fus vel Na verdade o fus vel mostrado na figura 21 um disjuntor Este disjuntor ser ligado ao porta fus vel como um fus vel normal mas se mais de 30 amperes atingir a linha o disjuntor vai desarmar e reiniciar automaticamente em poucos segundos Isso evita que mais de 30 amp res que viajam atrav s do seu sistema e tamb m elimina a necessidade de mudar fus veis queimados 49 Figura 21 Disjuntor Lamina Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 3 1 2 8 Funcionamento do kit hydrocell Para explica o do funcionamento do gerador de hidrog nio por eletrolise ser dividido em duas partes sendo hidr ulica e el trica A figura 22 mostra o esquema de montagem da parte hidr u
56. sio 2 C igni o Compress o Escape Admiss o Fonte Uol Educa o F sica do autom vel e GREF com adapta es 2 3 2 TRABALHO REALIZADO NO MOTOR O trabalho realizado somente no terceiro tempo Nos demais onde ocorre a admiss o compress o e escape o movimento cont nuo do pist o ocorre por meio de um trabalho externo por causa da in rcia do volante ou do conjunto do sistema em que est o acoplados v rios pist es rvore de manivelas Ademais uma parcela do calor de combust o eliminada na forma de energia interna dos gases levando em considera o tamb m a troca cont nua de calor entre o corpo do motor e o ambiente A parte restante do calor de combust o est relacionada energia de movimento do pist o realiza o de trabalho fechando dessa forma o balan o energ tico 13 A realiza o de trabalho W e o aumento da energia interna AU devido quantidade de calor Q est o de acordo com o principio de conserva o de energia denominada Primeira Lei da Termodin mica expressa matematicamente pela equa o 1 13 Q AU W 1 38 2 3 3 Rendimento das maquinas t rmicas O rendimento real de um motor em que a energia liberada na combust o faz os pist es se movimentarem em um motor ciclo Otto est pr ximo de 21 a 25 A energia restante perdida de forma mec nica 8 por meio do atrito das superf cies met licas do ve culo da in rcia do pist o e em energia sonora
57. t ncia no motor 55 4 7 4 50 45 4 r 7 2 Pot ncia na roda 40 35 Pot ncia Cv 30 t 6 8 Torque kg m 25 4 6 6 Torque no motor 20 15 Pot ncia na perdida 64 10 4 62 5 0 6 2700 3200 3700 4200 4700 5200 5700 RPM Fonte Autor 58 Figura 32 Teste de Torque e Pot ncia em rela o a RPM com H 70 4 8 Pot ncia no motor L 78 7 6 50 E Pot ncia na roda L 7 4 Pot ncia Cv r 7 2 Torque kg m 30 4 Torque no motor 20 r 68 Pot ncia na roda 10 4 6 6 2700 3100 3500 3900 4300 4700 5100 5500 5900 RPM Fonte Autor 3 2 3 Ensaio de consumo de combust vel Os ensaios de consumo foram efetuados durante os meses de setembro e outubro Os valores coletados foram de forma manual anotando a quilometragem percorrida at o momento do abastecimento completo Os valores obtidos ser o apresentados nas tabelas 13 e 14 Para o referido teste foi considerado alguns requisitos v Abastecimento com gasolina aditivada em postos com bandeira Petrobras Y Abastecimento completo at o primeiro desligamento autom tico da bomba Y M dias de quilometragem em rodovias e cidade Tabela 13 Teste de consumo sem adi o de H3 CONSUMO ORIGINAL M dia km L 11 610 Desvio Padr o km L 1 886 Lim Inferior km L 9 724 Lim Superior km L 13 496 Fonte Autor 59 Ser apresentado a m dia dos testes e os
58. te SUN 53 Figura 29 Veiculo teste em prova de torque e pot ncia sssesseessssssesrsrestssssesrrereesssssseene 54 Figura 30 Softwar do dinam metro de rolos DYNOTC 700Qi eese 55 Figura 31 Teste de Torque e Pot ncia em rela o a RPM sem H E 57 Figura 32 Teste de Torque e Pot ncia em rela o a RPM com HI eene 58 Figura 33 Comparativo de torque estre gasolina e adi o de Hi 61 Figura 34 Comparativo de pot ncia entre gasolina e adi o de HI ssssseseseesrsrsssrrssses 62 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Comparativo do potencial energ tico sseesseseseeeenennennnnnne 19 Tabela 2 Informa es t cnicas do hidrog nio eee 20 Tabela 3 Propriedades de combusta o do g s hidrog nio no ar a 1atm e 25 C 24 Tabela 4 Valores do flash point para alguns combustiveis sse ee ee eee eee eee eee 25 Tabela 5 Tabela comparativa da igni o de alguns combustiveis esses 27 Tabela 6 Comparativo do numero de octanagem de alguns combustiveis 28 Tabela 7 Propriedade relevantes ao uso do hidrog nio em McCISs 8 29 Tabela 8 Rea es do bhidrog nio eene eene nnne enteras nsn nnn 31 Tabela 9 Rela o do fator lambda e o tipo de mistura D 40 Tabela 10 Rela o do desempenho do motor e o fator lambda 13
59. te n o basta apenas mesclar o ar e o combust vel H uma necessidade de se conseguir uma boa vaporiza o desse carburante de forma que ele se misture muito bem com o ar Na combust o do carburante se utilizam 12 partes de ar para 1 parte de combust vel Cabe lembrar que 1 quilo de ar ocupa um volume de 1 metro c bico Com isso chega se a conclus o com base na rela o estequiom trica que para queimar 1 quilo de combust vel s o necess rios 12 quilos de ar 12 1 13 Na verdade existe uma propor o espec fica de comburente e combust vel ideal para cada tipo de motor No caso do motor a gasolina a rela o estequiom trica ideal est entre 9 1 e 10 1 9 partes de ar para 1 quilo de combust vel no primeiro caso Para o lcool et lico etanol a rela o est entre 12 1 e 13 1 12 partes de ar para 1 de combust vel para o primeiro caso Essa propor o est intimamente ligada quantidade de hidrog nio e carbono presente em uma determinada quantia de carburante Caso haja menos ar do que a propor o ideal h sobra de combust vel que indica riqueza da mistura Isso n o um bom sinal pois al m do gasto excessivo de combust vel h tamb m um lan amento maior de polui o no meio ambiente e o motor pode funcionar de forma irregular afoga desliga apaga ou pode n o dar a partida Se ocorrer o contr rio a mistura obtiver mais ar do que a propor o ideal excesso de oxig nio essa mescla
60. tens especiais e suporte entre as reas de suprimentos e engenharia todos estes para o segmento de movimenta o de gran is s lidos Pretende se especializar no futuro na rea de Gest o de Projetos a qual apresenta grandes potencialidades para o crescimento profissional AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar a Deus pela ajuda e sabedoria para enfrentar os desafios do cotidiano fam lia pelo incentivo apoio constante e compreens o mpar em per odos onde a busca pela gradua o exigiu redobrado tempo e aten o Aos meus colegas pelo grande apoio e pelos momentos de di logo e discuss es para desenvolvimento de ideias e esclarecimento de d vidas Aos professores pela dedica o e paci ncia em transmitir conhecimento DEDICAT RIA Aos meus amados pais Nelson Albino Wollmann e Iracema P rtile Wollmann Aos queridos irm os Fabiano e Fernando por quem tenho um apre o inestim vel minha namorada Pauline a quem reservo o mais puro sentimento de amor e respeito Amo voc s RESUMO Este estudo est direcionado ao setor de energias renov veis mais propriamente focado nos geradores de hidrog nio por eletr lise e nos benef cios da queima do hidrog nio como combust vel auxiliar Em primeira inst ncia ser o abordadas algumas informa es b sicas e curiosidades a respeito dessa tecnologia e seus constituintes Ser apresentado assim um breve hist rico sobre o g s hidrog nio suas propriedades e o e
61. tro Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 45 3 1 2 3 Hydrocell Chegamos ao componente de maior import ncia na gera o de g s HHO Nosso gerador de hidrog nio por eletr lise que comercialmente chamamos de Hydrocell mostrada na figura 11 feito com nove placas de a o inoxid vel 316L Figura 15 Placas em a o inox 316L Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA Os componentes s o montados conforme esquema abaixo Figura 16 Esquema de montagem da Hydrocell Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 46 A figura 15 ilustra o formato das placas de medidas de 4 x4 x2 o que suficiente para produzir 2 25l min de gas HHO As placas s o isoladas e vedadas umas entre as outras por uma borracha e montadas conforme figura 16 Figura 17 Alimenta o el trica da Hydrocell Fonte Manual de instala o Converted do fabricante HydroclubUSA 3 1 2 4 Chip Eletr nico Volo O chip FS2 conforme mostrado na figura 18 do fabricante Volo performance foi especialmente desenvolvido para as necessidades dos ve culos equipados com gerador de hidrog nio O FS2 din mico ele mede os n veis de oxig nio nos gases de escape juntamente com a velocidade e carga do motor a temperatura do ar de admiss o e de volume e muitas outras vari veis para determinar a taxa de fornecimento de combust vel mais eficiente
62. um n utron e o tr tio que tem dois Em 2001 foi criado em laborat rio o is topo H e a partir de 2003 foram sintetizados os is topos Hate 7H 5 19 A tabela 1 mostra o comparativo do potencial energ tico de alguns combust veis juntamente com suas formas de armazenamento Tabela 1 Comparativo do potencial energ tico Densidade de Densidade de energia Portador de Forma de energia por massa por volume KWh kg KWh m3 E a NER NN po a EN NEU RE NN Eletricidade Fonte Hidrog nio como Combust vel ALMEIDA A T energia Armazenamento Se tratando de seguran a haja vista que um g s explosivo abaixo s o relacionadas em itens as principais caracter sticas desse elemento vV N o entra em detona o ao ar livre v N o t xico mas pode ser asfixiante se consumir todo o oxig nio de um ambiente fechado N o radioativo N o corrosivo N o contamina a gua N o cancer geno N o entra em autoigni o na temperatura ambiente lt lt X X Oe SS Se Tem alto coeficiente de difus o e por isso dilui rapidamente no ar 20 v Quando sofre igni o ao ar livre geralmente queima antes de atingir o valor limite para ocorrer explos o v N o produz produtos perigosos de decomposi o Na tabela 2 s o apresentadas algumas informa es t cnicas do H Tabela 2 Informa es t cnicas do hidrog nio INFORMA ES SOBRE O HIDROG NIO Estado f sico a temperatur
63. ur Doms wah op we T inh wu dr mes CP wi ome eX bel Giu 2 C ls E mem ZE ti w ven A1 es LE LCE KT RCE b 611 Wo OC Ea os balwmasise aana LEA vg dehors Le Dalea um kwana tee Agna Dau spoun Baod waunda umas etrr earm pero CEU UDCRMOY 9JO P BP EIOEL WEY DOLO 2 ZZ ZL seeped ep Bu jog WOM DOCS PAD TT LY Pan UZ MLUX SJ Oe wdy gore Pace Gs 10ND us euna Wd ose Senn C pIDUS DO OPOLO 104 sss da ODOM US OPOWOUT OS ane das WID UZ AWA Wd EEEH ux pors DOT auus GESauOK VOUS Ora DOU HSA 520 t 0530 MIOL ved vgarud ap ody Um Bump O sopes pz jopangiea jap BODA v uo EZB HL Do mou equeg 5 0pr of SOUR UWA pis GHUBA ap J0DQUPA O2 pesou pis epurwoo DAMP o8 RIUs POUR Opel VuupuIgA GB 2 Mu wazi Dat als upep KKH IDP oN PU BIREN UUS LEZGTIN fused UN FLSC ELO vo opeqes roy euzoa OONvVHEYSHOO vay ep LEZGIMN OONVHBYSNSOS 5 mee P pD Gace l024 HOSLONAG O99v830 WIDYAWOD TIE 74 i4 109 we 109 wa wa oc wo wo wo a wa oo ipo wa IDO od ipo wa ipo oo ito tura 100 009 ing we wo 1022 HOSLONAG gt ming 2o est mr x wa te hte EU auz c wo zs as ma ie gea w oe vob iter Kach ao et Z KK ni ga pos es oer igi 9 wr ower ox a REL 112 o KO GL o x re ao erai mmm REL rots eoi oit GZ mo zez DK Corrs ai H AER i cxt ue 60 nr ioe we wal tcl Diis cem oer we x0 nor me tya gal fa tee sui Core et m wi E i e Zia GO Fe te ll osr ue oo zs wx ue reat LO Rm
64. z vapores para formar uma mistura explosiva juntamente com o ar 7 Se a temperatura do combust vel est abaixo do seu flashpoint este n o produz vapor para queimar Sempre que seu combust vel est em ou acima de seu flashpoint vapores est o presentes 7 O flashpoint n o a temperatura em que o combust vel incendeia se em chamas esta a temperatura de autoigni o O flashpoint sempre mais baixo que o ponto de ebuli o 7 A tabela 4 nos d o valor do flashpoint para alguns combust veis Para combust veis que s o gases a condi es atmosf ricas hidrog nio metano e propano o flashpoint menor que a temperatura ambiente e possui pouca relev ncia desde que o combust vel esteja totalmente vaporizado 7 Tabela 4 Valores do flash point para alguns combustiveis Combust vel Fashpoint Hidrog nio lt 253 C Metano 188 C Propano 104 C Gasolina Aprox 43 C Metanol 11 C Fonte Hydrogen Properties College of the Desert 2 1 9 Extens o de flamabilidade A extens o de flamabilidade de um g s definida em termos de seu limite m nimo de flamabilidade e seu limite m ximo de flamabilidade O limite m nimo de flamabilidade de um g s a menor concentra o de g s que poder sustentar a pr pria propaga o da chama 26 quando misturado e aceso Abaixo do limite m nimo de flamabilidade n o existe combust vel para suportar uma combust o a mistura

TCC - VERSAO_FINAL - Biblioteca Digital da UNIJUÍ

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

TCC - VERSAO_FINAL - Biblioteca Digital da UNIJU&Iacute;

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

TCC - VERSAO_FINAL - Biblioteca Digital da UNIJUÍ