Modelação fenomenológica de um motor Diesel marítimo para avaliar efeitos da mudança de combustível

O artigo trata da aplicação de um modelo analítico de balanço de trocas de calor num cilindro de um grande motor Diesel semi-rápido. O estudo visa a avaliação da sensibilidade da história de pressão e temperatura no interior do cilindro aos parâmetros tempo de injecção e coeficiente politrópico que podem estar associados a uma mudança do combustível no motor. Existem pelo menos dois tipos de combustível utilizados naquele tipo de motores marítimos: o Diesel e o Intermediate Fuel Oil (IFO). Este último é mais barato do que o primeiro, contudo, é mais difícil conseguir queima limpa (isto é, com baixa emissão de poluentes) com IFO numa gama larga de condições de operação, pelo que este combus­tível é utilizado quase exclusivamente em navios da marinha mercante. Navios com um regime de operação muito variável, como é o caso dos da Marinha Portuguesa, quei­mam Diesel. Assim, ao querer tomar vantagem do menor custo do IFO, modificando a custo razoável motores queimando Diesel, não se pode descurar os aspectos ambientais. A formação de poluentes depende da história de pressão e de temperatura a que os gases de combustão foram sujeitos. Assim, ao pensar em mudar de combustível, interes­sa avaliar como a variação das propriedades físico-químicas influencia a pressão e tem­peratura num ciclo do motor. Isto pode-se conseguir modelando a libertação da energia química do combustível e a transferência de calor ao nível do cilindro. Existem modelos desde zero- a multi-dimensionais e que podem ainda ser de zona única ou multi­‑zona. Aqui utilizaremos um modelo fenomenológico, pouco exigente computacionalmente, que apesar de não ter em conta a orientação espacial das trocas de calor é sensível à sua variação no tempo, devido à alternância do volume acima do pistão e ao período de injecção de combustível. Este modelo recorre aos sub-modelos de Woschini, para a transferência de calor, e de Wiebe, para a libertação de calor. Obtiveram-se as histórias de pressão e temperatura para várias velocidades de ro­tação. Para simular a queima dos dois combustíveis, Diesel e IFO, que têm diferente composição química e poder calorífico, consideraram-se dois valores distintos do coefi­ciente politrópico dos gases da combustão (γ=1,40 e γ=1,66, respectivamente) e do tempo de injecção do combustível, mantendo a carga térmica. Apresentam-se os resul­tados sob a forma gráfica. Os resultados mostram que as curvas de pressão e temperatura em função do ân­gulo de cambota são perceptivelmente afectadas pelos diferentes valores dos parâ­metros considerados no presente estudo.