ESTUDO EXPERIMENTAL SOBRE O AUMENTO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E A MITIGAÇÃO DO IMPACTO AMBIENTAL DE UM MOTOR AUTOMOTIVO ATRAVÉS DA INJEÇÃO DE HIDROGÊNIO NO SISTEMA DE ADMISSÃO DE AR

Resumo

Atualmente, a demanda global por energia é atendida principalmente por combustíveis fósseis, que devem se esgotar em um futuro próximo. Além disso, o custo desses combustíveis tem aumentado devido ao aumento da demanda e à melhoria das condições econômicas em alguns países. A crescente dependência de combustíveis fósseis tem contribuído significativamente para o aumento do aquecimento global e da poluição do ar. O hidrogênio, com sua alta octanagem e substancial poder calorífico, aumenta a eficiência térmica em motores de combustão interna. Além disso, a ausência de ligações de carbono no hidrogênio significa que ele reduz as emissões de monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO₂) quando misturado à gasolina. Portanto, a pesquisa e o desenvolvimento de motores de combustão interna (MCI) movidos a hidrogênio e gasolina apresentam um potencial promissor. Nesse contexto, o presente estudo propõe uma investigação experimental com o objetivo de aumentar a eficiência energética e reduzir o impacto ambiental de um motor automotivo movido a gasolina por meio da injeção de hidrogênio no sistema de admissão de ar. O principal desafio enfrentado pela indústria automotiva é o desenvolvimento de sistemas de propulsão eficientes que emitam níveis mais baixos de poluentes, o que serve como motivação para este estudo. Para este trabalho, uma bancada de testes experimental foi construída usando um motor a gasolina Ford Zetec Rocam 1.0 (1000cc), incorporando injeção de hidrogênio no coletor de admissão de ar. O motor não foi modificado para a mistura gasolina-hidrogênio, e o ponto de ignição foi deixado inalterado, permanecendo consistente com o da gasolina. As avaliações de desempenho foram conduzidas a 1000, 2000 e 3000 rpm, com parâmetros de ar definidos em temperatura de bulbo seco de 30°C e umidade relativa de 77%. A adição de hidrogênio aumentou a energia total e acelerou a reação de combustão da mistura, resultando em uma melhoria na eficiência térmica de 10%, 9% e 9% para 1000, 2000 e 3000 rpm, respectivamente. Esse aprimoramento levou a uma maior pressão de pico de combustão e temperaturas elevadas, o que, por sua vez, aumentou as emissões específicas de NOx de 47%, 33% e 36% para 1000, 2000 e 3000 rpm, respectivamente. No entanto, as emissões de CO₂ foram reduzidas em 15%, 13% e 13% para 1.000, 2.000 e 3.000 rpm, respectivamente, as emissões de CO₂ foram reduzidas em 10%, 13% e 13% para 1.000, 2.000 e 3.000 rpm, respectivamente, e as emissões de HC foram reduzidas em 14%, 15% e 17% para 1.000, 2.000 e 3.000 rpm, respectivamente. Uma análise técnica do motor revelou que a combustão da mistura gasolina-hidrogênio gera altas cargas térmicas, que podem danificar o catalisador, a região superior do pistão, os anéis de cilindro e a câmara de combustão, bem como os subsistemas e mecanismos auxiliares. Essas descobertas ressaltam a necessidade do desenvolvimento e da aplicação de novas tecnologias e materiais projetados especificamente para esse tipo de motor híbrido.