Análise de desempenho e emissões de um motor de ignição por centelha bicombustível a etanol e biometano para veículos comerciais leves

• Ano de defesa: 2026
• Autor(a) principal: Fernández, Daniel Ignacio Travieso [UNESP]
• Orientador(a): Carvalho Júnior, João Andrade de [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
• Palavras-chave em Português: biometano; etanol; Motores de combustão interna; combustão; emissões; Biocombustíveis
• Palavras-chave em Inglês: biomethane; ethanol; spark-ignition engines; combustion; emissions
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/328718

Este trabalho analisa o desempenho e as emissões do motor de ignição por centelha turboaspirado FPT F1C operando com etanol hidratado e biometano em regime bicombustível, em dois pontos de carga parcial representativos de uso urbano (1800 rpm e 2500 rpm com torque próximo a 250 Nm), sendo o etanol caracterizado por via experimental e o biometano por simulação com validação indireta. A pesquisa combina ensaios em bancada dinamométrica no Laboratório de Máquinas Térmicas da UNIFEI com modelagem numérica unidimensional em software dedicado “GT-Suite” utilizando o submodelo de combustão SITurb. O etanol foi caracterizado experimentalmente de forma direta, enquanto o biometano foi caracterizado por validação indireta sustentada na calibração do modelo com dados experimentais de gás natural veicular (GNV) e na intercambiabilidade técnica entre os dois combustíveis gasosos. Diferentemente da literatura existente, focada em motores com biogás de composição variável ou em misturas etanol-gasolina em veículos flex-fuel, este trabalho de dissertação de mestrado compara o etanol hidratado e o biometano nos mesmos pontos operacionais de um motor turboaspirado de produção (FPT F1C, 4 cilindros, 3,0 L). Os resultados quantificam diferenças entre os combustíveis em variáveis de combustão (IMEP, CA50, duração de combustão), de desempenho (potência, torque, BSFC, BTE) e de emissões pré-catalisador (BSNOx, BSCO, BSHC, BSCO₂), e mostram que o biometano apresenta eficiência térmica de freio superior à do etanol em até 3,64 pontos percentuais, BSNOx pré-catalisador de 2 a 4 vezes inferior e ausência de aldeídos como acetaldeído e formaldeído, espécies que dominam a emissão de hidrocarbonetos do etanol. As predições do modelo para o biometano são reportadas com incerteza propagada de ±5% em IMEP e ±15% em BSNOx. Essas margens decorrem da natureza indireta da validação, que acumula as incertezas instrumentais da bancada e os desvios residuais de calibração do modelo, e não comprometem as conclusões comparativas, pois a vantagem máxima de eficiência do biometano, de 3,64 pontos percentuais a 1800 rpm, equivale a cerca de 12% em termos relativos, e a redução de BSNOx, de 2 a 4 vezes, supera com ampla margem a própria faixa de ±15%. As limitações estruturais do modelo, em particular a subestimação de Pmax e BSNOx por ausência de dados de swirl e tumble do motor F1C, são discutidas e contornadas com extrapolação teórica via mecanismo térmico de Zeldovich. Os resultados fornecem parâmetros técnicos para o desenvolvimento de motores bi-combustíveis nacionais e subsidiam estratégias de calibração de ignição diferencial e gestão do catalisador de três vias em operação com etanol e biometano.