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Title in Portuguese: Desenvolvimento de sistema de alimentação de combustível para motogerador de ciclo Otto para operar com biogás
Title: Development of fuel supply system for Otto cycle motor generator with biogas
Author: Miranda, Ricardo Luiz Guimarães de
Advisor(s): Freire, Francisco Nivaldo Aguiar
Co-advisor(s): Barcellos, William Magalhães
Keywords: Engenharia mecânica
Biogás
Sustentabilidade
Energia elétrica - Aspectos ambientais
Estação de tratamento de esgoto
Energia elétrica - Produção
Biogas generator
Sustainability
Biogás
Issue Date: 15-Jun-2018
Citation: MIRANDA, R. L. G. de. Desenvolvimento de sistema de alimentação de combustível para motogerador de ciclo Otto para operar com biogás. 2018. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: A produção de biogás em Estações de Tratamento de Esgoto (ETE), obtido do processo de degradação da carga orgânica da biomassa presente nas águas residuárias em reatores biológicos anaeróbios, possui viabilidade técnica e econômica para ser empregada como uma alternativa de desenvolvimento sustentável, em termos de geração de energia elétrica. Neste contexto, os sistemas de propulsão com base no ciclo Otto apresentam-se com uma solução robusta e tecnicamente viável para operar com o biogás de forma eficiente, em que motogeradores de pequena potência (<75 kW) podem trabalhar em conjunto para suprir a energia necessária a autosustentabilidade energética da ETE e, até mesmo gerar o suficiente para possibilitar a comercialização do excedente de energia. No sentido de contribuir com esse nicho tecnológico, este trabalho de pesquisa busca soluções para algumas questões operacionais ainda não muito bem resolvidas, no que diz respeito à operação dos motogeradores com biogás. Por essa razão, propõe-se o desenvolvimento de um protótipo em escala real de uso, realizando um estudo de engenharia dedicado à adaptação de um motor de combustão interna de 2000 cilindradas, originalmente movido à gasolina, instalando um kit de conversão de motores para gás natural com modificações específicas para operar com biogás em função das suas características físico-químicas. Além disso, incorporou-se no desenvolvimento a instalação de uma unidade compressora de biogás com seus periféricos a ser movida através do trabalho disponível no eixo manivela do motor, de forma a criar um sistema autônomo. Também foram realizados estudos de simulação fluidodinâmica com análise qualitativa de escoamento para dois tipos de misturadores comerciais, bem como o estudo de simulação da combustão ideal. O aparato experimental montado e a metodologia empregada para teste do sistema de geração visam comprovar a eficácia para o sistema autônomo de suprimento de combustível, para garantir a sustentabilidade da ETE e, também, para ser aplicado em outros tipos de indústria onde se deseja implementar a cogeração.
Abstract: The biogas production at Sewage Treatment Stations (ETS), obtained from the degradation process of organic biomass present in wastewater in anaerobic biological reactors, has technical and economic viability to be used as an alternative of sustainable development, in terms generation. In this context, Otto-cycle propulsion systems have a robust and technically viable solution to operate with biogas efficiently, where small-power (<75 kW) motor generators can work together to supply the energy necessary for the energy self-sustainability of the ETS, and even generate enough to enable the commercialization of surplus energy. In order to contribute to this technological niche, this research work seeks solutions to some operational issues still not very well resolved, regarding the operation of biogas generators. For this reason, it is proposed the development of a real-scale prototype of use, performing an engineering study dedicated to the adaptation of a 2000-cylinder internal combustion engine, originally driven by gasoline, by installing an engine-to-gas conversion kit with specific modifications to operate with biogas in function of its physico-chemical characteristics. In addition, the development of the installation of a biogas compressor unit with its peripherals to be moved through the work available on the crankshaft of the engine, in order to create an autonomous system. Fluid dynamics simulation studies with qualitative flow analysis were also performed for two types of commercial mixers, as well as the ideal combustion simulation study. The experimental apparatus assembled and the methodology used to test the generation system aim to prove the efficacy for self-sustainability of TEE and also to be applied in other types of industry where it is desired to implement cogeneration.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40148
metadata.dc.type: Dissertação
Appears in Collections:DEME - Dissertações defendidas na UFC

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