Simulação computacional dos efeitos
térmicos do ciclo de carga-descarga em
cilindros de GNA
Graduando:
Orientador:
Alano Wedney Cecílio da Fonseca
Prof. João Alves Lima
Introdução
O gás natural vem, desde o fim dos anos 70, vem
sendo utilizado no abastecimento automotivo, pois,
além de ser mais barato, também é menos nocivo ao
meio ambiente. Atualmente, o Gás Natural Comprimido
(GNC) é utilizado em grande parte dos automóveis de
pequeno porte do Brasil. Por isso, muitos estudos tem
sido realizados com objetivo de desenvolver formas
melhores e mais eficazes de armazenamento. O Gás
Natural Adsorvido (GNA) é uma dessas formas, pois
apresenta maior densidade energética que o GNC e à
pressão bem mais baixa.
Objetivos
Simular com o auxílio de alguns
softwares (CFX, ANSYS e ICEM) os efeitos
térmicos no ciclo de carga e descarga de
cilindros de Gás Natural Adsorvido e
desenvolver meios para amenizar os efeitos
nocivos aos procedimentos de carga e
descarga.
Adsorção
Adsorção consiste na adesão de moléculas de um
fluido (adsorvido) a uma superfície sólida (adsorvente).
Os sólidos porosos, como o carvão, são ótimos
adsorventes.
Carvões adsorventes
Dentre os sólidos porosos utilizados na
indústria, o carvão ativado é o mais versátil devido
à sua elevada área superficial e volume de
microporos.
Cilindro de GNA
Motivação
• O GNA pode ser armazenado a pressões que variam
entre 3,5 e 4,0 MPa, já o GNC é armazenado a cerca
de 20 Mpa;
• O GNA apresenta baixo custo necessário a
compressão do gás;
• O GNA necessita de cilindros menos robustos;
• Os cilindros de GNA podem apresentar geometrias
diversas;
• O GN na forma líquida apresenta densidade
energética de 72% em comparação com a da
gasolina, enquanto que o comprimido apenas 26%;
Desafios
• O sistema de GNA é cerca de 60% mais pesado que o GNC
devido ao peso adicional do adsorvente;
• O processo de carga é exotérmico e se o calor de adsorção não
for removido menos metano será adsorvido, diminuindo,
assim, a autonomia reservatório ;
• O processo de carga deve ser realizado lentamente, pois
quanto mais rápido for o processo de carga, maior será a perda
da capacidade de adsorção;
• O processo de descarga é endontérmico o que causa uma
queda na temperatura, o
que, por sua vez, favorece a
permanência de metano no interior do cilindro;
• A perda total, somando as perdas na carga e na descarga, pode
chegar a 35%
Metodologia
Criar modelos de cilindros de armazenamento de GN;
Gerar domínios sólidos representativos do adsorvente e
das paredes do cilindro;
Desenvolver modelo de meio poroso para o meio
adsorvente;
Criação de malhas numéricas características para os
domínios;
Estabelecimento das regiões para condições de contorno;
Implementação do problema simplificado;
Implementação do problema completo;
Geração dos resultados;
Comparação dos resultados com a literatura.
Espectativas
 Melhorar nossa compreensão dos efeitos térmicos que
ocorrem durante a carga e a descarga de cilindros de GNA;
 A partir dos resultados obtidos com a simulão,
desenvolver meios para minimizar os efeitos nocivos;
Desenvolver cilindros mais eficientes do ponto de vista
térmico.
Agradecimentos