SIMULAÇÕES CFD PARA COMBUSTÃO DE HIDROGÊNIO VERDE EM MOTORES ALTERNATIVOS

Resumo

Este trabalho de iniciação científica cumpriu seu objetivo geral de analisar o processo de combustão do hidrogênio verde em um motor alternativo, utilizando simulações de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). A análise comparativa, realizada a partir da validação de um modelo-base a diesel e sua posterior adaptação para o hidrogênio, revelou diferenças fundamentais no processo de combustão. Enquanto o
diesel apresentou uma liberação de calor aparente mais lenta e difusiva, característica de uma queima em múltiplos estágios, o hidrogênio demonstrou uma combustão consideravelmente mais rápida e intensa. Este comportamento, caracterizado por uma liberação de energia quase instantânea, resultou em picos de pressão de aproximadamente de 13,2 MPa e temperatura de aproximadamente de 3250 K significativamente mais elevados, indicando um potencial para maior eficiência
térmica do ciclo.
A principal vantagem ambiental do hidrogênio foi comprovada pela eliminação total das emissões de fuligem, o que contrasta diretamente com a notável formação de fuligem na combustão do diesel. Este resultado alinha-se à busca por soluções energéticas mais limpas e representa uma oportunidade fundamental para a descarbonização.
Contudo, o principal desafio identificado para a aplicação prática do hidrogênio em motores é a acentuada formação de Óxidos de Nitrogênio (NOx).
Esta é uma consequência direta das temperaturas de combustão extremamente elevadas que, embora favoreçam a eficiência, também criam um ambiente ideal para a produção de NOx térmico. Os resultados da simulação confirmam que o óxido nítrico (NO) é o componente predominante, com concentrações máximas (fração mássica de aproximadamente 0,00520) cerca de 650 vezes maiores que as de dióxido de nitrogênio (NO2) (fração mássica de aproximadamente 0,000008), tornando-o o principal poluente a ser controlado.
Para a formação acadêmica e profissional, este projeto foi importante, pois permitiu aplicar conhecimentos teóricos em termodinâmica e combustão e proporcionar uma experiência valiosa com a ferramenta ANSYS Forte. O estudo do hidrogênio verde também contribuiu para uma visão crítica sobre a transição energética.