[pt] Técnicas ópticas não intrusivas foram utilizadas para obter imagens instantâneas e médias de chamas turbulentas não pré-misturadas de etanol e ar estabilizadas num queimador tipo bluff-body. O espalhamento Mie, PLIF (fluorescência induzida em um plano laser) e PIV (velocimetria por imagem de partículas) determinaram a distribuição da densidade de gotas no spray, intensidade da fluorescência do radical OH, para mapear a zona de reação da chama, e o campo da velocidade do ar, respectivamente. Inicialmente propriedades de sprays de água são comparadas quando se variam as vazões de combustível e de ar, mostrando assimetria de duas zonas de máxima intensidade de espalhamento Mie próximas do bocal de injeção, nos casos de maior vazão de jato, e nos casos de menor vazão, o fechamento do filme líquido ocorre na zona central. Em seguida foram estudados dois regimes de combustão que correspondem a duas vazões de combustível, para os quais foram caracterizadas, a partir do sinal de fluorescência do radical OH, a estrutura instantânea e a média das chamas turbulentas o que permitiu identificar zonas de extinção. A superposição das imagens médias do OH-PLIF e de espalhamento Mie permitem evidenciar, no caso de menor vazão, que o spray é completamente envolto pela chama, o que representa um comportamento clássico para o desenvolvimento e uso de modelos de combustão. No caso de maior vazão, o spray interage fortemente com o processo de combustão, sendo este um caso que se afasta das situações clássicas. / [en] A turbulent nonpremixed ethanol spray flame is characterized through experiments using laser diagnostics. The spray burner has been designed to generate a stable flame with the use of a bluff body. The experiments include spatially-resolved measurements of visualization of droplets distribution (Mie scattering), OH fluorescence intensity, which indicates the reaction zone (Planar laser-induced fluorescence, PLIF) and mean air-flow velocity (Particle imaging velocimetry, PIV). Initially, water sprays results are compared corresponding to different flow rates, showing two asymmetric maximum intensity zones of Mie scattering, which are found near the nozzle at jet velocities. For low flow velocity, coalescence of droplets occurs in the central zone. Then two combustion regimes have been studied, using OH PLIF that corresponds to two different fuel flow rates. The instantaneous and average structure of turbulent flames, allowed identifying local extinction regions. Combined Mie scattering/PLIF results allowed determining, in the case of smallest fuel flow rates, that the spray is surrounded by the flame, which represents a classical situation for the development of combustion models for turbulent flames. In the case of larger flow rate, discrepancies from the classical behavior were observed, since droplets interact strongly with the combustion process.

[pt] Com o aumento das restrições às emissões veiculares e uma busca contínua pela melhora no desempenho dos motores a combustão interna, a necessidade de realizar testes em bancos de prova de motor se torna cada vez maior. Porém, devido ao alto investimento inicial e custo de manutenção desses sistemas, a execução de ensaios confiáveis torna-se restrita a determinadas empresas e instituições acadêmicas. Neste cenário, o presente trabalho visa projetar, construir e integrar equipamentos e instrumentos, em sua grande maioria nacionais, através do desenvolvimento de um sistema de controle que seja capaz de operar o conjunto desenvolvido. O projeto pretende contribuir com a redução de custos dos bancos de prova e, ao mesmo tempo, possibilitar a realização de testes confiáveis. Serão descritas as etapas do projeto e construção de uma bancada para ensaios de motores de até 175 cv, 587 Nm e 4.620 rpm. Testes foram conduzidos a fim de verificar o comportamento do banco de provas em diferentes situações de operação. Os resultados obtidos mostram que o sistema é capaz de realizar os mais diversos ensaios que um banco de provas está sujeito com precisão e robustez. / [en] With increasing restriction on emission and a continuous search for improvement and development of new engines, a need for internal combustion engines test bed is becoming greater. However due to high initial investments and maintenance costs of these systems, the execution of reliable tests becomes restricted to certain companies and academic institutions. In this scenario, this present work aims at the integration of equipment and instruments, mostly national, by the development of a control system. This project aims to contribute with test benches cost reduction and at the same time, allow for reliable testing. Will be described the project steps of a test bench for engines up to 175 hp, 587 Nm and 4.620 rpm and will be shown the results obtained.

[pt] Entender o processo de produção de fuligem é crucial para o projeto de novos queimadores, como os de fornos industriais. Estes queimadores, que utilizam processos de combustão turbulenta, dependem de transferência de calor via radiação das partículas de fuligem para as paredes do forno para seu bom funcionamento. A fuligem formada na região de radiação deve ser oxidada para evitar problemas de saúde e meio ambiente. Mesmo tendo havido significativo progresso no decorrer das duas últimas décadas em relação às chamas laminares, a interação entre a turbulência e a produção de fuligem ainda é um problema em aberto. Este trabalho apresenta resultados experimentais recentes da distribuição instantânea e média da distribuição de fuligem em chamas turbulentas de etileno/ar não prémisturadas estabilizadas em um queimador do tipo bluff-body. A intensidade de turbulência na região de esteira deste queimador é muito alta, levando a uma presença de fuligem intermitente e a estruturas de fuligem altamente distorcidas. A distribuição de fuligem é medida usando incandescência induzida por laser (LII), com uma excitação em 266 nm a 10 Hz e fluência de 0,8 J/cm2 e medição em 400 nm por uma câmera intensificada. Os resultados da técnica LII são comparados à técnica clássica de extinção da luz. Resultados da distribuição de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos também são apresentados. Os resultados obtidos permitem caracterizar a distribuição da função de densidade de probabilidade de fuligem. Nas situações de escoamento onde a turbulência da esteira é controlada pelo escoamento de ar, demonstra-se que a PDF da fração volumétrica de fuligem corresponde a uma distribuição lognormal. / [en] Understanding the soot production process is crucial to the design of new burners, such as those in industrial furnaces. Indeed, these burners, which use turbulent combustion processes, rely on radiative heat transfer from the soot particles to the furnace walls to operate properly. The soot formed within the radiation region must the be oxidized in order to avoid health and environment issues. Although there has been significant progress over the past two decades in relation to laminar flames, the interaction between turbulence and soot production is still an open problem. This works presents recent experimental results of the instantaneous and mean soot distribution on non-premixed turbulent ethylene/air flames stabilized at a bluff-body burner. The turbulence intensity in the wake region of this burner is very high, leading to a soot intermittent presence and to highly distorted soot structures. The soot distribution is measured using laserinduced incandescence (LII), with 266 nm excitation at 10 Hz, 0.8 J/cm2 fluence and collected at 400 nm by an intensified camera. The results of the LII technique are compared to those of a classical of light extinction technique. Polyciclic aromatic hydrocarbon distribution results are also presented. The results obtained allow to characterize the soot probability density function distribution. In flow situations where the wake turbulence is controlled by the air flow, the soot volume fraction PDF is shown to correspond to a lognormal distribution.

[pt] Medidas do desempenho de quatro diferentes motores, todos operando no modo bicombustível Diesel / gás natural, foram realizadas em dinamômetro de bancada. Selecionaram-se os motores a ensaiar por suas características construtivas e operacionais, representativas das distintas aplicações dos motores Diesel (cilindrada, faixa de rotação, uso ou não da turbo- alimentação e arrefecimento do ar de combustão). Variou-se a razão de substituição de Diesel por gás natural de modo a levantar as regiões por onde a operação bicombustível é possível. Embora o foco do trabalho esteja sobre o desempenho também se tomaram dados relativos às emissões (fumaça / opacidade), tanto durante a operação original Diesel, quanto na bicombustível. Foram propostas correlações empíricas para o rendimento térmico indicado, eficiência volumétrica e atrito em motores Diesel. Podem-se usar, na falta de dados experimentais prévios, tais correlações na estimativa do desempenho de motores diferentes dos testados. Os resultados indicam que, por grande parte dos campos de funcionamento, apenas parte do gás natural efetivamente queima. Em motores operando a baixa carga cerca de 20 - 30 % do gás fornecido passa ao coletor de escape sem reagir. Desenvolveu-se um modelo simples para a queima Diesel / gás. Parâmetros empíricos exigidos por tal modelo foram levantados com base dos pontos experimentais obtidos. Sugere-se usar tal modelo na previsão do desempenho Diesel / gás de motores ainda não testados no modo bicombustível. Os resultados sugerem que, em motores operando com razão ar / gás natural superior a, aproximadamente, 30, a queima do gás ocorre apenas no entorno do Diesel. Em misturas de razão ar / gás inferior a 30 a queima em frentes de chama parece ocorrer. Em tais casos fica-se, também, sujeito ao funcionamento com detonação. As correlações empíricas levantadas foram utilizadas na conversão Diesel / gás natural de três diferentes grupos geradores de eletricidade (motores de 212, 535 e 1.570 hp). De forma distinta das medidas tomadas em laboratório as conversões destes geradores foram feitas em campo, sem oportunidade para a medida cuidadosa e metódica de todos os parâmetros de interesse. Os dados verificados nas conversões de tais grupos geradores, quando considerados adequados, foram incorporados ao presente trabalho. / [en] Four Diesel engines, all running on the Diesel / natural gas dual fuel mode, were dynamometer tested. Engines were selected based on their distinct construction, operating parameters and engine field use. The Diesel / natural gas substitution was varied in order to determine the dual fuel operation limits. Measurements related to particulate emissions (smoke and opacity) were also made. Correlations for indicated thermal efficiency, volumetric efficiency and engine friction were proposed. It`s suggested that those can be used on the performance estimate of engines when little or no previous test data is available. The dual fuel test results indicate that, according to engine load, part of the gas does not burn. In engines running on low load as much as 20 - 30 % of the gas supplied simply reaches exhaust manifold unreacted. A simple model for the dual fuel combustion was proposed. An empirical correlation for a combustion parameter, that arouse in the modeling was, base on test results, proposed. It`s suggested that the semi-empirical dual fuel model can be used for the performance estimate of Diesel engines, when burning natural gas, not previously tested on the dual fuel mode. Results indicate that, for engines running on air / gas ratios above 30, combustion appear to remain limited to Diesel droplets neighborhood. For richer mixtures gas combustion appear to occur on flame fronts. Audible knock was noticed on engines running on air / gas ratios below, approximately, 30. The empirical correlations proposed were used for the dual fuel conversion of three different genset engines (212, 535 and 1.570 bhp). Gensets data, when appropriate, is also reported in the present work.

[pt] Para substituir parcialmente a demanda em óleo diesel de origem fóssil, reduzir os elevados custos de importação e respeitar as normas ambientais, políticas sustentáveis já levaram a substituir parcialmente óleo diesel por biodiesel. Entretanto, outras tecnologias, como as misturas diesel-biodiesel-etanol, estão sendo investigadas. O principal desafio dessas misturas consiste em melhorar a miscibilidade e a estabilidade do álcool no óleo diesel. No presente trabalho, formulou-se um aditivo original, a partir de compostos renováveis, que permitiu melhorar a faixa de concentração de etanol anidro dentro de óleo diesel com 15 por cento em volume de biodiesel e de temperatura onde observa-se misturas estáveis. Diversas propriedades físico-químicas das misturas aditivadas foram medidas em uma larga faixa de concentração de etanol para avaliar os aspetos de consumo, qualidade da combustão, comportamento a baixa temperatura, interação entre fluido e superfície, e segurança. Os resultados obtidos mostraram que misturas com, pelo menos, 1,0 por cento em volume de aditivo e até 20 por cento em volume de etanol anidro são estáveis para temperaturas superiores a 10 graus Celsius e respeitam a maioria das especificações brasileiras atuais para óleo diesel. Ensaios experimentais em um motor de ignição por compressão MWM 4.10 TCA (Euro III) foram realizados com estas misturas. Os resultados obtidos mostraram que a substituição do óleo diesel altera as características da combustão: o crescente teor de etanol leva ao aumento do atraso de ignição, à liberação de calor mais rápida e à diminuição da pressão máxima. Mesmo nessas condições não otimizadas de injeção e de combustão, os resultados mostraram uma melhor conversão da energia química no etanol para produzir potência efetiva, comparado com os valores encontrados nos motores flex fuel de ciclo Otto, além de um pequeno aumento no rendimento térmico do motor. / [en] In order to partially replace the demand of fossil diesel fuels, to reduce high import costs and to comply with environmental standards, sustainable policies have led to partially replace diesel fuel by biodiesel. However, other technologies, such as diesel-biodiesel-ethanol mixtures, are being investigated. The major challenge of these mixtures is to improve the miscibility and the stability of alcohol in diesel fuel. In this study, an original additive, from renewable compounds, improved the miscibility of anhydrous ethanol in diesel fuel with 15 per cent by volume of biodiesel and temperature in which stable mixtures were observed. Several physicochemical properties of the additivated mixtures were measured in a large range of ethanol concentration to evaluate aspects of consumption, combustion quality, behavior at low temperature, interaction between the fluid and the surface, and safety. The results showed that blends with, at least 1.0 per cent, by volume of additive and 20 per cent by volume of anhydrous ethanol are stable at temperatures above 10 degrees Celsius and respected most of the current Brazilian specifications for diesel fuel. Experimental tests on a compression ignition engine MWM 4.10 TCA (Euro III) were performed with these mixtures. The results showed that the diesel fuel substitution alters the characteristics of combustion: the increased ethanol content implied an increase of the ignition delay, a faster heat release and a decrease of maximum pressure. Despite these non-optimized conditions for injection and combustion, results showed a better conversion of ethanol chemical energy into brake power, in comparison to the values found in flex fuel spark ignition engine, in addition to a small increase in the indicated efficiency of the engine.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A âCombustÃo de FiltraÃÃoâ à uma tecnologia que tem sido empregada no desenvolvimento de aquecedores e caldeiras de alta eficiÃncia e baixa emissÃo de poluentes. No entanto, o processo de igniÃÃo da combustÃo nesses equipamentos, constituÃdos de queimadores porosos volumÃtricos, tem sido ainda uma questÃo nÃo resolvida. Os sistemas convencionais desenvolvidos para esses queimadores apresentam algum inconveniente operacional que prejudica a eficiÃncia de combustÃo. EntÃo, este trabalho tem como objetivo principal apresentar um projeto robusto e econÃmico de sistema de igniÃÃo por lanÃa-chamas destinado a queimadores porosos volumÃtricos, em que a CombustÃo de FiltraÃÃo està sendo aplicada como tecnologia de base para desenvolvimento de um novo modelo de aquecedor de Ãgua. Um protÃtipo do aquecedor equipado com o sistema de igniÃÃo foi desenvolvido, em escala de laboratÃrio, realizando-se estudos experimental e teÃrico quanto à queima com gÃs natural e com biogÃs. A anÃlise teÃrica envolve a caracterizaÃÃo do escoamento dos gases ao longo do corpo do sistema de igniÃÃo atravÃs da simulaÃÃo com o software âANSYS-CFXâ, como tambÃm, dos fenÃmenos relacionados à onda de combustÃo propagando-se no queimador do aquecedor, para o qual foi utilizado um modelo numÃrico de simulaÃÃo em FORTRAN. Neste contexto, à utilizado o software PREMIX no cÃlculo de equilÃbrio quÃmico, aplicÃvel à combustÃo prÃ-misturada em um meio poroso, tomando como referÃncia os dois parÃmetros principais de operaÃÃo: a razÃo de equivalÃncia e a velocidade do escoamento da mistura ar-combustÃvel. Como resultado: o sistema de igniÃÃo proposto mostrou-se adequado aos queimadores porosos, provendo estabilidade e facilidade de operaÃÃo, e reduzindo significativamente o tempo necessÃrio ao prÃ-aquecimento do meio poroso. O modelamento do escoamento e da combustÃo serviu de suporte para interpretaÃÃo adequada dos fenÃmenos presentes nos processos. A CombustÃo de FiltraÃÃo possibilitou a operaÃÃo estÃvel do aquecedor em ampla faixa de razÃo de equivalÃncia (de 0.30 a 1). / "Filtration Combustion" is a technology that has been used in the development of heaters and boilers with high efficiency and low pollutant emissions. However, the ignition process of combustion in such equipments, constituted of volumetric porous burners, have been an issue still unresolved. Conventional systems developed for these burners present some operational drawback that affects the combustion efficiency. So, this work aims mainly to present a robust and economical design of flame-thrower ignition system aimed at volumetric porous burners, in which Filtration Combustion is being applied as a basis technology for the developing a new model of water heater. A prototype of the heater equipped with the ignition system has been developed in laboratory scale, carrying out experimental and theoretical studies on the burning natural gas and biogas. The theoretical analysis involves the characterization of gas flow along the body of the ignition system through simulation with the software "ANSYS-CFX," as well as of the phenomena related to the combustion wave propagating itself through the heaterâs burner, for which a numerical simulation in FORTRAN has been used. In this context, a software âPREMIXâ was used in the chemical equilibrium calculation, applicable to premixed combustion in a porous medium, taking as reference the two main parameters of operation: the equivalence ratio and flow velocity of the air-fuel mixture. As a result, the ignition system proposed has been adequate to the porous burner, providing stability and ease of operation, and significantly reducing the time required for preheating the porous medium. The modeling of flow and combustion has served as a support for proper interpretation of the phenomena present in the processes. Filtration Combustion has allowed stable operation of the heater in a wide range of equivalence ratio (from 0.30 to 1).

[pt] O trabalho tem como objetivo a conversão de um grupo gerador, originalmente Diesel, para operar no modo Diesel-Gás, onde estes dois combustíveis são administrados simultaneamente no motor. Para tal foi utilizado um grupo gerador de 120KW, com um motor Perkins 1006 TAG (turbo alimentado com intercooler). Medidas experimentais foram realizadas tanto no modo Diesel quanto no bicombustível Diesel-gás. Foram avaliados: desempenho e, principalmente, emissões de poluentes atmosféricos. A redução das emissões foi realizada mediante a restrição parcial do ar de combustão, regulada por uma válvula tipo borboleta, que funciona eletronicamente, posicionada na entrada do coletor de admissão. A relação Diesel-Gás foi também avaliada, onde o segundo combustível era administrado através de um sistema eletrônico de injeção de gás natural. Os resultados indicam que em cargas baixas as reduções de monóxido de carbono e hidrocarbonatos são significativas (50% de redução de HC e 20% de CO) com máximas taxas de substituição. O mesmo se observa em cargas intermediárias. Em cargas médias e baixas observa-se um leve aumento nas emissões de óxido nitroso. Pode-se observar uma melhora no rendimento global do grupo gerador com o aumento da carga e da taxa de substituição. De forma geral, conseguiu-se reduzir os níveis de emissões em altas cargas, principalmente de hidrocarbonetos e monóxido de carbono. / [en] The objective of this study is converting a generator, originally Diesel, to operate in a Diesel-Gas; two fuels are administered simultaneously to the motor. One diesel generator of 120KW model Perkins 1006 TAG (powered with turbo intercooler), running on the Diesel / natural gas dual fuel mode, was tested. Experimental measurements were performed in both the Diesel and dual fuel diesel-gas. Are evaluated performances and; especially air pollutant emissions. The emission reduction was carried out by partial restriction of the combustion air with the help of an electronic throttle valve, positioned before the intake manifold. The ratio Diesel-Gas was evaluated, where the second fuel (natural gas) was administered with one electronic injection of natural gas. The results indicate that at low loads the reductions in carbon monoxide and hydrocarbons are significant (50% reduction in HC and 20% CO) with maximum replacement rates. Something like is observed at intermediate loads. In medium and low loads there is a slight increase in emissions of nitrous oxides. One can observe a slight increase in overall yield of the generator with the increased workload and the replacement rate; in general it was possible to reduce emissions at high loads, especially in hydrocarbons and carbon monoxide.

[pt] O desenvolvimento de modelos computacionais para simulação de escoamentos reativos operando em regime de turbulencia requer a soluçao das equações diferenciais parciais que representam os balanços de massa, quantidade de movimento linear, espécies químicas e energia. Além disso, as reações químicas do modelo necessitam de um mecanismo cinético detalhado para descrição dos fenomenos físico-químicos associados. Um dos maiores desafios encontrados é a rigidez da simulação numérica desses modelos e a natureza não linear do termo de produção das espécies químicas. Esta dissertação apresenta uma revisão das principais técnicas disponíveis na literatura para o desenvolvimento de modelos reduzidos de cinética química, em particular para a combustão, bem como de técnicas para solução eficiente dos modelos de escoamentos reativos. Após uma apresentação da formulação matemática associada, a metodologia denominada tabulação adaptativa in situ (ISAT) é implementada e avaliada quanto a sua acurácia, eficiencia e uso de memória na simulação de alguns modelos de reator homogeneo agitado. Avalia-se a combustão de misturas de monóxido de carbono/oxigenio e metano/ar cujos mecanismos cinéticos tem 4 e 53 espécies, 3 and 325 reações respectivamente. Os resultados destassimulações indicam que a presente implementação da técnica ISAT tem erro relativo global inferior a 1%. Além disso, a técnica ISAT propiciou ganhos, em termos de tempo computacional, de at´e 80% quando comparado a simulação direta da cinética detalhada. Entretanto, em termos de utilização da memória, a implementação desenvolvida da técnica ISAT se mostrou excessivamente exigente. / [en] The development of computational models for the numerical simulation of chemically reacting flows operating in the turbulent regime requires the solution of partial differential equations that represent the balance of mass, linear momentum, chemical species and energy. Moreover, the chemical reactions of the model may require a detailed reaction mechanism for the description of the physicochemical phenomena involved. One of the biggest challenges is the stiffness of the numerical simulation of these models and the nonlinear nature of species rate of reaction. This dissertation presents an overview of the main techniques available in the literature for the development of reduced models of chemical kinetics, particularly for the combustion, as well as the techniques for efficient computation of the chemically reacting flows models. After a presentation of the associated mathematical formulation, the methodology dubbed in situ adaptive tabulation (ISAT) is implemented and its accuracy, efficiency and memory usage are evaluated in the simulation of homogeneous stirred reactor models. The combustion of carbon monoxide with oxygen and methane with air mixtures is considered, which detailed reaction mechanisms involve 4 and 53 species, 3 and 325 reactions respectively. The results of these simulations indicate that the development implementation of the ISAT technique has a absolute global error of less than 1%. Moreover, the ISAT technique provided gains, in terms of computational time, of up to 80% when compared to the direct integration of the full chemical kinetics. However, in terms of memory usage the present implementation of ISAT technique was found to be excessively demanding.

[pt] Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) é frequentemente aplicada ao estudo da combustão, permitindo otimizar o processo e controlar a emissão de poluentes. Entretanto, reproduzir o comportamento observado nos sistemas de engenharia tem uma elevada carga computacional. Para superar este custo, técnicas de aprendizagem de máquinas, tais como modelos de ordem reduzida (ROM), têm sido aplicadas a várias aplicações de engenharia com o objetivo de criar modelos para sistemas complexos com custo computacional reduzido. Aqui, o ROM é criado usando dados de simulação de chama laminar não pré-misturada de CFD, decompondo-os, e depois aplicando um algoritmo de aprendizagem de máquinas, criando um ROM estático. Este trabalho analisa o efeito de cinco abordagens diferentes de pré-processamento de dados sobre o ROM, sendo estas: (1) as propriedades tratadas como um sistema desacoplado ou como um sistema acoplado, (2) sem normalização, (3) com temperatura e velocidade normalizadas, (4) todas as propriedades normalizadas, e (5) o logaritmo da espécie química. Para todos os ROM construídos são analisados a energia do processo de redução e a reconstrução dos campos das propriedades da chama. Em relação a análise da energia da redução, o ROM acoplado, exceto o ROM (4), e o ROM do logaritmo convergem rapidamente, semelhante ao ROM da temperatura desacoplado, enquanto o ROM da espécie química minoritária desacoplado exibe uma lenta convergência, tal como o ROM acoplado com todas as propriedades normalizadas. Assim, a aprendizagem é atingida com um número menor de modos para a ROM (2), (3) e (5). Quanto à reconstrução dos campos de propriedades, nota-se que existem regiões de fração mássica negativa, o que sugere que a metodologia do ROM não preserva a monotonicidade ou a delimitação das propriedades. A abordagem do logaritmo mostra que estes problemas são superados e reproduzem os dados originais. / [en] Computational fluid dynamics (CFD) is often applied to the study of combustion, enabling to optimize the process and control the emission of pollutants. However, reproducing the behavior observed in engineering systems has a high computational burden. To overcome this cost, machine learning techniques, such as reduced order models (ROM), have been applied to several engineering applications aiming to create models for complex systems with reduced computational cost. Here, the ROM is created using CFD laminar non premixed flame simulation data, decomposing it, and then applying a machine learning algorithm, creating a static ROM. This work analyzes the effect of five different data pre-processing approaches on the ROM, these being: (1) the properties treated as an uncoupled system or as a coupled system, (2) without normalization, (3) with temperature and velocity normalized, (4) all properties normalized, and (5) the logarithm of the chemical species. For all ROM constructed are analyzed the energy of the reduction process and the reconstruction of the flame properties fields. Regarding the reduction energy analysis, the coupled ROM, except the ROM (4), and the logarithm ROM converges faster, similarly to the uncoupled temperature ROM, whereas the uncoupled minor chemical species ROM exhibits a slower convergence, as does the coupled ROM with all properties normalized. So, the learning is achieved with a smaller number of modes for the ROM (2), (3) and (5). As for the reconstruction of the property fields, it is noted that there are regions of negative mass fraction, which suggest that the ROM methodology does not preserve the monocity or the boundedness of the properties. The logarithm approach shows that these problems are overcome and reproduce the original data.

[pt] A ascensão da tecnologia dos automóveis elétricos no mercado mundial induz a pequena indústria dos karts recreativos a percorrer caminhos semelhantes. O comércio dos karts recreativos com motorização elétrica já existe, mas ainda é incipiente. A propulsão elétrica no kart proporcionaria, entre outras vantagens, a possibilidade de inserção de tecnologias automotivas já conhecidas, tais como um sistema de frenagem sem bloqueio e um sistema de controle de estabilidade. O sucesso da inserção destas tecnologias em um kart seria um avanço muito significativo para um produto que apresenta avanços tecnológicos modestos desde a sua criação. Contudo, para obter o sucesso tecnológico do kart tradicional, o modelo elétrico depende da aplicação de métodos modernos de engenharia e da metrologia, tal como a modelagem matemática computadorizada, objetivo principal desta dissertação. Assim, esta dissertação apresenta inicialmente as características físicas e dinâmicas de um kart movido à combustão, obtidas por meio de ensaios e medições realizadas em pista e em bancada. Utilizou-se como instrumento principal de medição o equipamento Alfano (marca registrada) Pro III Evo, cujas indicações foram submetidas a processos simplificados de validação. Desenvolveram-se então, com base nos dados experimentais, modelos matemáticos computadorizados em Matlab/Simulink (marca registrada) que simulam o comportamento dinâmico do kart, e os resultados das simulações foram comparados aos resultados das medições feitas em pista, para fins de validação. A propulsão à combustão do modelo computacional validado foi então substituída por propulsão elétrica, e simulações do novo modelo foram realizadas, permitindo a observação do comportamento dinâmico simulado de um kart elétrico. / [en] The rise of electric car technology on the world market induces the small recreational go-karts industry to follow similar paths. The trade of recreational gokarts with electric motorization already exists but is still incipient. The electric drive in the go-kart would provide, among other advantages, the possibility of insertion of known automotive technologies, such as an Anti-lock Braking System and a Stability Control System. The successful insertion of these technologies into a gokart would be a very significant breakthrough for a product that has undergone modest technological advances since its inception. However, to obtain the technological success of traditional go-kart, the electric model depends on the application of modern methods of engineering and metrology, such as computerized mathematical modeling, the main objective of this dissertation. Thus, this dissertation initially presents the physical and dynamic characteristics of a combustion driven go-kart, obtained through tests and measurements made on track and bench. The Alfano (registered) Pro III Evo equipment, whose indications were submitted to simplified validation procedures, was used as the main measuring instrument. Based on the experimental data, Matlab / Simulink (registered) computerized mathematical models simulating the dynamic behavior of the go-kart were then developed, and the results of the simulations were compared to the results of the measurements made on the track for validation purposes. The combustion propulsion of the validated computational model was then replaced by electric propulsion, and simulations of the new model were performed, allowing the observation of the simulated dynamic behavior of an electric go-kart.