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Publicação
Análise DFC da combustão de biometano no motor CFM56-3
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
A crescente necessidade de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa, no setor da
aviação, tem impulsionado a procura por combustíveis alternativos sustentáveis, capazes
de substituir os combustíveis fósseis convencionais sem comprometer a eficiência e a
segurança operacional. O biometano apresenta-se como uma alternativa promissora,
atendendo ao seu potencial de redução de emissões e à sua compatibilidade com motores
existentes.
O presente estudo analisa, através de Dinâmica de Fluidos Computacional, a combustão
de biometano numa câmara de combustão de um motor turbofan, recorrendo ao
software ANSYS Fluent. A combustão de biometano foi comparada à combustão de Jet
A, em diferentes configurações de potência correspondentes ao ciclo LTO da ICAO.
Foram analisados os parâmetros: campos de temperatura, vetores de velocidade e
emissões de poluentes (NOx, CO e CO2).
Os resultados indicam que a combustão de biometano apresenta contornos de
temperatura e perfis de escoamento semelhantes aos observados para o Jet A,
evidenciando a sua viabilidade como combustível drop-in, sem necessidade de
modificações na geometria da câmara de combustão. Verificou-se uma tendência
coerente de aumento das emissões de NOx com a potência, enquanto os resultados para
CO e CO2 revelaram limitações do modelo adotado, em parte, pela não consideração da
atomização do combustível. Apesar destas limitações, observou-se uma redução global
das emissões quando comparado ao Jet A, reforçando o potencial ambiental do
biometano.
Este estudo demonstra que o biometano pode ser considerado um candidato relevante a
combustível de aviação sustentável, em conformidade com as diretivas da União
Europeia para a aviação sustentável, representando um contributo significativo para a
redução de GEE e para a transição energética do setor aeronáutico.
The growing need to reduce greenhouse gas emissions in the aviation sector has driven the demand for sustainable alternative fuels capable of replacing conventional fossil fuels without compromising efficiency and operational safety. Biomethane emerges as a promising alternative due to its emission reduction potential and compatibility with existing engines. This study analyzes, through Computational Fluid Dynamics, the combustion of biomethane in a turbofan engine combustion chamber using ANSYS Fluent software. Biomethane combustion was compared to Jet A combustion under different power configurations corresponding to the ICAO LTO cycle. The parameters analyzed included temperature distribution, velocity vectors, and pollutant emissions (NOx, CO, and CO2). The results indicate that biomethane combustion exhibits temperature contours and flow profiles similar to those observed for Jet A, demonstrating its feasibility as a dropin fuel without requiring modifications to the combustion chamber geometry. A consistent trend of increasing NOx emissions with power was observed, while the results for CO and CO2 revealed limitations of the adopted model, partly due to the omission of fuel atomization. Despite these limitations, an overall reduction in emissions was observed compared to Jet A, reinforcing the environmental potential of biomethane. This study demonstrates that biomethane can be considered a relevant candidate for sustainable aviation fuel, in accordance with European Union directives for sustainable aviation, representing a significant contribution to greenhouse gas emissions reduction and the energy transition of the aerospace sector.
The growing need to reduce greenhouse gas emissions in the aviation sector has driven the demand for sustainable alternative fuels capable of replacing conventional fossil fuels without compromising efficiency and operational safety. Biomethane emerges as a promising alternative due to its emission reduction potential and compatibility with existing engines. This study analyzes, through Computational Fluid Dynamics, the combustion of biomethane in a turbofan engine combustion chamber using ANSYS Fluent software. Biomethane combustion was compared to Jet A combustion under different power configurations corresponding to the ICAO LTO cycle. The parameters analyzed included temperature distribution, velocity vectors, and pollutant emissions (NOx, CO, and CO2). The results indicate that biomethane combustion exhibits temperature contours and flow profiles similar to those observed for Jet A, demonstrating its feasibility as a dropin fuel without requiring modifications to the combustion chamber geometry. A consistent trend of increasing NOx emissions with power was observed, while the results for CO and CO2 revealed limitations of the adopted model, partly due to the omission of fuel atomization. Despite these limitations, an overall reduction in emissions was observed compared to Jet A, reinforcing the environmental potential of biomethane. This study demonstrates that biomethane can be considered a relevant candidate for sustainable aviation fuel, in accordance with European Union directives for sustainable aviation, representing a significant contribution to greenhouse gas emissions reduction and the energy transition of the aerospace sector.
Descrição
Palavras-chave
Biometano Combustão Emissões Sustentabilidade