Simula

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Simulação computacional dos efeitos térmicos do
ciclo de carga-descarga em cilindros de GNA

• Graduando Alano Wedney Cecílio da Fonseca
• Orientador Prof. João Alves Lima

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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.

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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.

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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.

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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.

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Cilindro de GNA
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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

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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

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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.

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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.

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Agradecimentos