[pt] Atualmente, vem ocorrendo um notável aumento de investimentos no setor de gás natural no Brasil. A utilização do gás natural para a geração de energia tem importantes atrativos como, por exemplo, a diversidade de oferta do gás e sua queima mais limpa em relação a outros combustíveis fósseis. Existe um crescente interesse em projetos, idéias e opções alternativas para melhorar a performance e reduzir as descargas poluentes de equipamentos de combustão industrial para o meio ambiente. A necessidade de processos mais eficientes e menos poluentes tem acelerado a busca por desenvolvimento tecnológico. No projeto desenvolvido, foi investigada a performance de um modelo baseado na formulação de volumes finitos, incluindo o modelo k-e de turbulência, o modelo generalizado de taxas finitas de Arrhenius e Magnussen para o cálculo das reações químicas, e o modelo de radiação por transferência discreta, para simular o processo de combustão em fornalhas industriais através da utilização do pacote comercial Fluent (versão 4.4). O principal objetivo do estudo foi o de investigar a performance deste modelo em simular a combustão e prever a formação de NO e CO em chamas industriais de gás natural através da comparação com dados experimentais. Para a simulação da combustão foram testados dois modelos, o primeiro correspondendo a uma única reação global de oxidação do metano (1 etapa), e o segundo composto por duas reações (2 etapas). Uma sensível evolução foi obtida empregando-se o modelo em duas etapas em comparação com o em uma etapa. Para a simulação da formação de NO foram testados sete casos diferentes. Nestes casos, foram principalmente investigados os mecanismos - thermal NOx -,- prompt NOx - e o método PDF para a representação da interação química- turbulência. Percebeu-se que o método PDF permitiu uma evolução na predição da formação de NO na fornalha. Além disso, o - prompt NOx - foi o mecanismo dominante e portanto faz-se necessária uma investigação mais aprofundada sobre as características desse mecanismo para melhores resultados na predição de NO. Apesar da evolução dos modelos empregados e de seus resultados durante o trabalho, são necessárias novas investigações para detectar possíveis melhorias em tais modelos que possibilitem previsões mais realistas para a formação de NO. / [en] Nowadays, a strong raise in investments is occurring in the natural gas segment in Brazil. The natural gas application for energy generation is very attractive due to many reasons, like the offering diversity and the cleaner burning in comparison with other fossil combustibles. There is an increasing interest in projects, ideas and alternative options for the improvement of the performance and reducing the pollutants discharges of industrial combustion equipments to the environment. The need for more efficient and less polluters processes has accelerated the search for technological development. In the present work, it was investigated the performance of a model based in the finite volume formulation including the k-e model of turbulence, the generalized finite rate model of Arrhenius and Magnussen for the chemical reactions calculations, and the discrete transfer radiation model for simulating the combustion processes in natural gas industrial flames using the commercial code Fluent (version 4.4). The main goal of the inquiry was to investigate the performance of such modeling approach in predicting NO and CO formation inside the furnace by the comparison with the experimental data. For the combustion modeling, two mechanisms were simulated. The first corresponding to an unique global reaction for the oxidation of methane (1 step), and the second corresponding to two reactions (2 steps). An evident evolution was obtained using the two steps model. Seven different cases were tested to predict the NO formation. In these cases, the main investigations were concentrated on the mechanisms -thermal NOx-, -prompt NOx- and on the PDF method for representing the interaction between chemistry and turbulence. The PDF method improved the prediction for the NO formation within the furnace. The -prompt NOx- was the dominating mechanism and therefore it is necessary a deeper investigation on the characteristics of this mechanism for better results in estimating the NO concentrations. Although the models, mechanisms and results have improved along the present research, new investigations are necessary for more accurated predictions for the NO formation. / [es] Atualmente, ha ocurrido un notable aumento de inversiones en el sector de gas natural en Brasil. La utilización del gas natural para la generación de energía tiene importantes atractivos como, por ejemplo, la diversidad de oferta del gas y su quema más limpia en relación a otros combustibles fósiles. Existe un cresciente intereés en proyectos, ideas y opciones alternativass para mejorar la calidad y reducir las descargas poluentes de equipos de combustión industrial para el medio ambiente. La necesidad de procesos más eficientes y menos poluentes ha acelerado la búsqueda del desarrollo tecnológico. En el proyecto desarrollado, se investigó la performance de un modelo basado en la formulación de volumes finitos, incluyendo el modelo k-e de turbulencia, el modelo generalizado de tasas finitas de Arrhenius y Magnusen para el cálculo de las reacciones químicas, y el modelo de radiación por transferencia discreta, para simular el proceso de combustión en hornos industriales a través de la utilización del software comercial Fluent (versión 4.4). El objetivo principal de este estudio fue el de investigar la performance de este modelo al simular la combustión y preveer la formación de NO y CO en llamas industriales de gas natural a través de la comparación con datos experimentales. Para la simulación de la combustión se provaron dos modelos, el primeiro corresponde a una única reacción global de oxidación del metano (1 etapa), y el segundo compuesto por dos reacciones (2 etapas). Se obtiene una sensible evolución al utilizar el modelo en dos etapas envés del modelo con una etapa. Para la simulación de la formación de NO se probaron siete casos diferentes. En estos casos, se ivestigaron principalmente los mecanismos - thermal NOx -,- prompt NOx - y el método PDF para la representación de la interacción química-turbulencia. Se observa que el método PDF permite una evolución en la predicción de la formación de NO en el horno. Además, el - prompt NOx - fue el mecanismo dominante y por lo tanto se hace necesario una investigación más profunda sobre las características de ese mecanismo para mejorar los resultados en la predición de NO. A pesar de la evolución de los modelos empleados y de sus resultados durante el trabajo, se necesitan nuevas investigaciones para detectar posibles mejorías que hagan posible previsiones más realistas para la formación de NO.

[pt] O presente trabalho apresenta um estudo comparativo do desempenho, em banco de provas, de um motor multicombustível do ciclo Otto equipado com um sistema de injeção eletrônica programável, funcionando com etanol hidratado e etanol anidro. Para tanto, foram obtidos resultados de parâmetros de desempenho com esses dois combustíveis, em diferentes condições de operação. A partir dos resultados de pressão, adquiridos por um sensor instalado em um dos cilindros do motor, foram calculados, entre outros, o calor liberado, a taxa de liberação de calor, a fração de massa queimada e a duração da combustão. Os ensaios ocorreram em três condições operacionais do motor multicombustível: potência máxima, torque máximo e em uma condição representativa de velocidade de cruzeiro do motor. Devido à possibilidade de se variar livremente alguns parâmetros normalmente fixos em um motor com um sistema de injeção eletrônica de combustível convencional foi possível otimizar o torque do motor para cada combustível e nas condições operacionais escolhidas, no que se refere ao avanço de ignição e à relação ar-combustível. Dessa forma, pôde-se simular os efeitos da utilização do etanol anidro em motor calibrado para o etanol hidratado. Os resultados mostram os efeitos da variação do conteúdo de água no etanol, bem como a influência da relação ar-combustível e do avanço de ignição sobre o desempenho e a combustão em motor multicombustível. São apresentadas ainda correlações entre as variáveis de desempenho medidas e os parâmetros de combustão calculados, bem como comparações com resultados de desempenho obtidos em veículos multicombustível. / [en] The present work includes a comparative performance engine test bed study of a multifuel engine equipped with a programmable electronic central unit (ECU), fueled with anhydrous and hydrous ethanol. It is reported fuel consumption, power, torque and exhaust emissions with these two fuels for different operational points. Using pressure data, acquired by a sensor installed in one engine cylinder, it was possible to calculate heat release, rate of heat release, mass fraction burned, combustion duration and others, for selected cases. Tests occurred at three multifuel engine operational points: maximum power, maximum torque and one selected cruise condition. Due to the possibility of setting some parameters normally fixed in commercial engines, torque was optimized regarding spark advance and air fuel ratio, for all selected operational points. So, it was possible to simulate anhydrous ethanol usage in an engine calibrated to hydrous ethanol. Test results presented the effects of water ethanol content, air-fuel ratio and ignition advance influence on performance and combustion of a multifuel engine. Additionally, it is presented some correlations between performance measured and calculated and combustion parameters, as well as comparisons to multifuel vehicle results.

[pt] As projeções para as próximas décadas indicam que os combustíveis tradicionais, derivados do petróleo, associados à utilização de biocombustíveis nos motores de combustão interna continuarão sendo a principal fonte de propulsão dos veículos. Isto justifica as intensas pesquisas por todo o Mundo, para atender aos desafios de aumento de eficiência e redução de emissões de poluentes. As modelagens dos combustíveis comerciais, que possuem centenas de componentes, e dos processos de combustão em motor são, hoje, desafios reais. Também carecem estudos sistemáticos para compreender melhor como os diferentes componentes de combustíveis interagem em mistura e influenciam os parâmetros de combustão e desempenho nos motores. No presente trabalho, realizaram-se seleção de componentes e ensaios experimentais em motor comercial para identificar formulações reduzidas representativas de gasolinas comerciais brasileiras. Concluiu-se que formulações compostas de n-heptano, iso-octano, tolueno e etanol podem ser utilizadas para modelagem de gasolinas oxigenadas. Implementaram-se metodologias para avaliar a influência dos componentes nas propriedades dos combustíveis e parâmetros de combustão e desempenho do motor, identificando os potencias de cada componente e seus grupos químicos. Com dados experimentais de pressão no cilindro desenvolveu-se modelagem para se calcular a velocidade de propagação de chama no motor, bem como foram obtidas relações para calculá-la a partir da velocidade de chama laminar do combustível na condição padrão. Estas relações possuem como parâmetros de entrada o Reynolds de admissão, pressão e temperatura dos gases não queimados na câmara de combustão. Os resultados reúnem informações e metodologias que poderão ser usadas em várias etapas do processo de desenvolvimento de combustíveis para diferentes aplicações. / [en] For the next decades it is expected that the fossil fuels and bio-fuels usage in internal combustion engines remains to be the main source for vehicular propulsion. This justifies the intense worldwide research and development to comply with the challenges of increasing efficiency and emissions reduction. The modeling of commercial fuels and engine combustion processes presents great challenges. There is also the need to better understand how different fuel components interact and influence engine combustion and performance parameters. In the present work, components selection and engine dynamometer tests were done to identify representative surrogate fuels for commercial Brazilian gasoline. It was concluded that formulations of n-heptane, iso-octane, toluene and ethanol can be used to model oxygenated gasolines. Methodologies were implemented to evaluate the influence of the fuel components on fuel properties and several engine combustion and performance parameters. The potentials of each component and corresponding chemical group were identified. Using in cylinder pressure measurements it was developed a methodology to calculate flame propagation velocity in a commercial engine. Further, mathematical modeling was developed to calculate this combustion parameter, based on fuel laminar flame velocity at standard condition. The relations were designed considering the intake Reynolds number, temperature and pressure of the unburned gases inside the cylinder. The results put together informations and methodologies that can be used in several steps of the fuel development process for different applications.

[pt] Uma bancada experimental foi desenhada e desenvolvida para realizar ensaios experimentais de um motor de ciclo Diesel utilizando gasolina como combustível. O motor (originalmente de ciclo diesel) foi adequado com diferentes dispositivos para funcionar em modo HCCI. Estas modificações não afetaram as condições originais do motor, podendo em qualquer momento voltar ao modo diesel. A instrumentação inclui medição de: temperatura (gases de escapamento, entrada da carga de admissão, óleo lubrificante), pressão (entrada do ar de admissão, entrada da gasolina, câmara de combustão), torque, rotação, vazão de ar, vazão de combustível. O motor foi submetido a diversas condições de operação e parâmetros de controle para estudar e analisar os efeitos da rotação do motor, da relação ar-combustível e da temperatura da mistura (ar-gasolina) de entrada na combustão HCCI. Os resultados indicam que as variações na quantidade de combustível e na temperatura de admissão têm um efeito direto na combustão HCCI. Maiores temperaturas ou quantidades de combustível provocam um avanço da fase de ignição, que teria uma influência direta no início da combustão e nas máximas pressões no interior da câmara de combustão. Os resultados também indicam que, incrementando a quantidade de combustível e variando a temperatura de admissão, mais energia útil é gerada até atingir o limite da zona de detonação, obtendo os melhores resultados para a temperatura de 75 Graus C com uma eficiência térmica de 34,2 por cento na rotação de 1900 RPM. Pequenos ganhos na eficiência de combustão são traduzidos em economias significativas de energia, reduzindo também os níveis de poluição dos gases de escapamento. / [en] An experimental device was designed and developed to perform experimental tests of a Diesel cycle engine using gasoline as fuel. The engine (originally Diesel cycle) was adequated with different devices to operate in HCCI mode. These modifications did not affect the original conditions of the engine, making it able return to the diesel mode at any moment. The instrumentation included measurement of: temperature (exhaust gases, intake charge admission, lubricating oil), pressure (inlet ar admission, injector nozzle, combustion chamber), torque, engine speed, crankshaft angle, air flow and fuel rate. The engine was submitted to various operating conditions and control parameters to study and analyze the effects of the engine speed, the air-fuel ratio and the temperature of the mixture (air-gasoline) in the HCCI combustion. The results indicate that variations in the amount of fuel and the intake temperature have a direct effect on HCCI combustion. High temperatures or amounts of fuel cause an advanced ignition, which would have a direct influence on the combustion timing and in the maximum pressure inside the combustion chamber. The results also indicate that increasing the amount of fuel and varying the inlet temperature, more useful energy is generated until it reaches the zone of detonation, getting the best results for the temperature of 75 C Degrees with a thermal efficiency of 34,2 percent at 1900 RPM. Small gains in combustion efficiency are translated into significant energy savings, reducing also the pollution levels caused by exhaust gases.

[pt] A utilização do biogás, proveniente de aterros sanitários, para a produção de energia elétrica mostra que os problemas ambientais conseqüentes dos resíduos sólidos podem ser revertidos em benefícios ambientais e econômicos. Este projeto apresenta resultados sobre a composição dos resíduos sólidos em aterros sanitários e investiga sua utilização como fonte de energia através do seu processo de combustão. Foi estudado um modelo baseado na formulação de volumes finitos, através da utilização do código comercial Fluent (versão 6.2), que inclui o modelo K-E de turbulência, o modelo generalizado de taxas finitas de Arrhenius e Magnunssen para o cálculo das reações químicas e o modelo de radiação por transferência discreta, para simular o processo de combustão em fornalhas industriais. O objetivo deste estudo é investigar a aplicação do modelo na simulação do processo de combustão do biogás, avaliar a possibilidade de uso do biogás como fonte de energia e prever a formação de poluentes, tais como NO, CO e SO2. Na simulação do processo de combustão foram utilizados modelos de uma única reação global (1 etapa) para a oxidação dos hidrocarbonetos e modelos de duas reações (2 etapas). Para a previsão da formação de NO investigou-se os mecanismos thermal NO, prompt NO, e fuel NO. Os resultados indicaram que o mecanismo fuel NO foi o mecanismo dominante no processo de formação do NO. Os resultados encontrados indicam a possível aplicação do modelo na investigação do processo de combustão do biogás. De acordo com os níveis de temperatura e de fluxo encontrados avalia-se que o biogás pode ser uma alternativa importante como fonte de energia. Estudos experimentais, contudo, são necessários para um melhor aproveitamento do biogás. / [en] The utilization of the sanitary landfill gas for electric power generation shows how the solid waste environmental problems can be reverted to environmental and economical benefits. This screen shows results about waste composition in sanitary landfills and investigates its utilization as energy source through biogas combustion. A model based on finite volume formulation was studied, using the commercial code Fluent (version 6.2), which includes the template K-E of turbulence, the finite rates generalized model of Arrhenius and Magnunssen for chemical reactions calculations, and, the discrete transfer radiation model to simulate the combustion process in industrial furnaces. The objective of this study is to investigate the application of this model to simulate the biogas combustion process, to evaluate the feasibility of using the biogas as energy source and to predict the formation of pollutants such as NO, CO and SO2. In the combustion process simulations, models using one global reaction (1 step), to the hydro carbonates oxidation, and models using two reactions (2 steps) were investigated. To estimate the NO formation, the thermal NO, prompt NO and fuel NO mechanisms have been investigated. The fuel NO mechanism prevails into this process. Results show the possible application of the model studied for the biogas combustion process investigating. According to the temperature and flows levels found, it is possible to estimate that the biogas can be, as energy source, an important alternative. Experimental studies, however, are necessary to better use the biogas.

[pt] Uma metodologia híbrida envolvendo simulação de grandes escalas e função densidade probabilidade transportada (LES-PDF) é desenvolvida para realizar simulações de escoamentos turbulentos reativos a baixo número de Mach. Equações de transporte de massa, da quantidade de movimento e de um escalar são resolvidas em conjunto com uma equação de estado no contexto do método LES. A modelagem da turbulência é realizada pelo modelo clássico de Smagorinsky e a taxa de produção química é representada pela lei de Arrhenius, para reação de combustão única, global e irreversível. As equações de transporte são discretizadas no espaço e no tempo mediante o uso de esquemas de segunda ordem, sobre malhas cartesianas uniformes, no âmbito do método dos volumes finitos. Os efeitos da turbulência sobre a combustão na escala sub-filtro são determinados por uma abordagem lagrangeana da PDF, a qual faz uso da técnica de Monte Carlo: equações diferenciais estocásticas (SDE), equivalentes a equação de Fokker-Plank, são utilizadas para a variável de progresso da reação química. LES e PDF evoluem simultaneamente, trocando informações a cada passo de integração no tempo, de modo que o campo de velocidade filtrado, a freqüência turbulenta e o coeficiente de difusão são fornecidos por LES, enquanto o modelo PDF retorna a taxa de reação química filtrada. Devido ao elevado número de partículas empregado no modelo PDF, a paralelização do programa lagrangeano é realizada, com base na estratégia de decomposição de domínios, implementada no programa euleriano. O modelo final é usado para simular uma configuração experimental que consiste de uma chama de metano e ar, estabilizada entre escoamentos paralelos de gases queimados e gases frescos em um canal de seção transversal quadrada constante. Uma comparação detalhada entre os resultados obtidos e os dados experimentais é realizada. / [en] A hybrid Large Eddy Simulation / transported Probability Density Function (LES-PDF) computational model is developed to perform the numerical simulation of variable-density low Mach number turbulent reactive flows. Transport equations for mass, momentum, and scalars are solved together with an equation of state within the LES framework. Turbulence is modeled using the classical Smagorinsky closure whereas chemical reaction is first addressed thanks to a global single-step chemistry scheme. The governing equations are discretized using second order accuracy spatial and temporal approximations applied to uniform Cartesian meshes within a finite volume framework. The effects of subgrid scale (SGS) turbulence on the combustion processes are accounted for by means of a Lagrangian transported PDF model which is coupled with the LES solver. The PDF model relies on the use of a Monte Carlo technique: Stochastic Differential Equations (SDE), equivalent to the Fokker- Planck equations are considered for the progress variable. LES and PDF models are solved simultaneously, exchanging information at each integration time step, the velocity field, turbulence frequency and diffusion coefficient being provided by LES, whereas the PDF model returns the filtered chemical reaction rate. Parallelization of the Lagrangian solver has been performed based on the domain decomposition strategy, the same strategy being already implemented for the eulerian LES solver. The resulting computational model is used to perform the simulation of an experimental test case consisting of a CH4-air flame established between two streams of fresh and burnt pilot gases in a constant area square cross section channel. The accuracy of the numerical solutions provided by the hybrid LESPDF approach is assessed by detailed comparisons with experimental data.

[pt] A produção simultânea de energia elétrica, calor e frio, a partir da queima de combustível primário (trigeração), pode se mostrar como estratégia promissora do ponto de vista energético e de projeto, principalmente em indústrias como a química e a de alimentos. No presente trabalho descreve-se o estudo experimental de um sistema de produção de água gelada (chiller) com compressor hermético acionado eletricamente. Um motor a combustão interna, do tipo Diesel, foi convertido para operar com gás natural veicular (Diesel- gás) e aciona um gerador de eletricidade que supre a energia elétrica necessária ao funcionamento do chiller e ao atendimento de demanda elétrica préestabelecida. O resultante sistema de trigeração é, portanto, composto por dois sub-sistemas: a bomba de calor (chiller) e o conjunto motorgerador. Calor de rejeito, do condensador do chiller e do sistema de arrefecimento e gases de exaustão do motor, é recuperado para a produção de água quente. O sistema é analisado à luz da 1ª e 2ª leis da Termodinâmica. As razões entre as demandas de frio, calor e eletricidade, as temperaturas de evaporação e de condensação da bomba de calor, e a razão de substituição de óleo Diesel por gás natural veicular são os principais parâmetros de controle dos resultados apresentados. Determinou-se, para o sistema em questão, uma taxa de substituição energética ótima do óleo Diesel por GNV de aproximadamente 25%, com uma economia de 11% a 15% (para geração de potência elétrica acima de 4,0 kW), fundamentada na diferença de preços entre os dois combustíveis e numa melhora do rendimento do motor para estas condições de operação. Obteve-se a contribuição percentual de cada um dos produtos energéticos (frio, calor e eletricidade), em função do consumo de combustível, para as diferentes potências testadas, em função da taxa de substituição energética do óleo Diesel por GNV. Determinou-se, experimentalmente, a vazão de água nos diferentes componentes, para a qual se obtém uma máxima eficiência do sistema, quando analisado do ponto de vista exergético. / [en] The simultaneous production of electric energy, heat and cooling capacity from the primary fuel burning on a heat engine (trigeneration) can emerge as a promising strategy, from the energy and project points of view, mostly, in food and chemistry industries. The present work describes the experimental study of a vapor compression system for chilled water production. A Diesel internal combustion engine was converted to operate with natural gas (Diesel-gas) and drives an electric generator that supplies the necessary electric energy for the chiller`s functioning and to attend the pre-established electric demand. The resultant system of trigeneration is, therefore, composed of two subsystems: the heat pump (chiller) and the engine-generator group. Heat rejected from the condenser of chiller and from the cooling system and exhaust gases of the engine, is recovered for hot water production. The system is analyzed under the light of first and second laws of the Thermodynamics. The ratio between the cooling, heating and electricity demands, the temperatures of evaporation and condensation of the heat pump, and the Diesel-natural gas substitution ratio are main parameters of control of the presented results. The percentile contribution of cold, heat and electricity (on energetic fuel consumption basis), for the different electric energy generation rates, was obtained as a function of the energy substitution rate of the Diesel oil for natural gas. An optimal energy substitution rate of Diesel oil for natural gas of approximately 25% was determined with an economy rated between 11% and 15% (for electric energy generation rates above 4,0 kW), based both on the difference between prices of the two fuels and on the engine`s performance improvement for these operational conditions. An optimum water flow rate, from the exergetic point of view, was found for each component.

[pt] Os motores de combustão interna de ignição por centelha (M.C.I. - I.C.), operando no ciclo Otto, vêm sofrendo uma série de modificações e aperfeiçoamentos no sentido de melhorar sua eficiência térmica e o seu desempenho. No final dos anos 70, com a crise do petróleo e preocupação maior com o meio ambiente, muita atenção tem sido voltada para a solução desses problemas. Câmaras de queima rápida, ignição eletrônica, injeção eletrônica de combustível e outros, são modificações experimentadas nesse processo de otimização dos motores, cujo rendimento térmico ainda não passa da faixa de 33 por cento. No presente trabalho, foi pesquisado um sistema de múltipla ignição, tendo como parâmetros o número de velas de ignição, disposição das mesmas em relação à geometria da câmara, e ângulos de avanço de ignição. Foram também realizados estudos preliminares para a determinação da relação ar-combustível em função do número de velas. / [en] Spark ignition internal combustion engines, Otto cycle, have been gradually modified and improved so that higher values for thermal efficiency can be obtained. In the late seventies, due to the oil crisis much attention has been devoted to developing clean and more efficient engines. High Speed combustion chambers, electronic ignition, electronic injection among others, have been some of the components used to optimize the engine thermal efficiency, which is presently no more than about 33 percent. In the present research a multiple ignition system has been analysed. Combustion Chamber geometry, ignition advance angle, number of electric sparks and their layout in the chamber, together with the optimum air-fuel ratio are experimentally investigated.

[pt] Essa dissertação realiza uma análise do escoamento reativo e turbulento no interior do combustor de um estato reator a combustível sólido. Investiga-se diferentes modelos para prever a pirólise do combustível sólido. O modelo matemático é baseado na solução numérica das equações de conservação de massa, quantidade de movimento linear, energia e equações de transporte para quantidades escalares. O modelo de turbulência empregado é o (constante de Von Kármán -taxa de dissipação da energia cinética turbulenta) para altos Reynolds e na modelagem da combustão emprega-se o formalismo da fração de mistura/função densidade de probabilidade prescrita. Próximo às paredes, a lei da parede é usada, sendo a camada limite dividida em duas regiões, uma subcamada laminar e uma região totalmente turbulenta. As transferências de calor e massa para as paredes são calculadas utilizando-se a lei da parede modificada com uso de um parâmetro de transferência de massa. Os resultados obtidos através do modelo proposto foram comparados com os resultados obtidos anteriormente com outros modelos e com dados experimentais, verificando-se que os mesmos apresentam um boa concordância com os dados existentes na literatura, concluindo-se que o modelo é satisfatório para o problema proposto. / [en] This dissertation presents an analysis of reactive and turbulent flow field in a solid fuel ramjet combustor. The ability of different models to predict solid fuel pyrolysis is investigated. The mathematical model is based on the numerical solution of the conservation equations of mass, momentum, energy and transport equations for scalar quantities. The energia cinética turbulenta - taxa de dissipação da energia cinética turbulenta for high Reynolds turbulence model is employed and the combustion is modeled with the mixture fraction/prescribed probability density function formalism. Close to the walls the law-of-the-wall is specified, with the boundary layer divided into two regions, a viscous sublayer and a fully turbulent region. Heat and mass transfer at the walls are calculated using a modified law-of-the-wall based on a blowing parameter. The results obtained using the proposed model were compared with other earlier models predictions and with empirical data. It was verified that the results are in good agreement with literature data, allowing to conclude that the model presented is suitable for the prediction of the mas s transfer and flow field in a solid fuel ramjet combustor.

[pt] No presente trabalho, ensaios experimentais de um motor do ciclo Diesel consumindo etanol hidratado ou gás natural em substituição parcial ao óleo diesel, foram realizados. Os objetivos principais foram verificar as influências dos combustíveis alternativos e avaliar as técnicas do avanço da injeção do diesel e da restrição parcial do ar de admissão, em relação aos parâmetros característicos da combustão, desempenho e emissões. Com base nos dados do diagrama pressão-ângulo de virabrequim, foi possível analisar alguns parâmetros característicos da combustão, tais como o início da combustão, a máxima taxa de elevação de pressão e o pico de pressão. Os parâmetros do desempenho e emissões do motor foram analisados através do rendimento térmico e as concentrações de monóxido de carbono, hidrocarbonetos, material particulado e óxidos de nitrogênio. Os resultados obtidos mostraram que as técnicas avaliadas no modo bicombustível junto com as elevadas taxas de substituição do óleo diesel favoreceram a melhor queima dos combustíveis alternativos, refletindo-se favoravelmente em menores emissões de CO e MP, além de um pequeno aumento no rendimento térmico do motor. No entanto, houve também um acréscimo nas emissões de NOX e, no caso específico do avanço da injeção, foi notado um maior ruído gerado pelo motor. / [en] In this report, experimental tests of a Diesel cycle engine running with hydrous ethanol or natural gas with partial substitution for diesel fuel were performed. The main objectives were to verify the influence of alternative fuels and evaluate the advancing of diesel injection timing and the air partial restriction, regarding the characteristic parameters of combustion, performance and emissions. Based on data from the pressure-crank angle diagram, it was possible to analyze some characteristic parameters of combustion, such as the start of combustion, the maximum rate of pressure rise and peak pressure. The parameters of the engine performance and emissions were analyzed through the thermal efficiency and the concentrations of carbon monoxide, hydrocarbons, particulate matter and nitrogen oxides. The results showed that the techniques evaluated in dual fuel mode with higher rates of substitution of diesel fuel favored a better burning of the alternative fuels, reflecting favorably in lower emissions of CO and PM, and also in a small increase in the engine thermal efficiency. However, there was also an increase in NOX emissions and, in the specific case of the advanced injection timing, it was noted a louder noise generated by the engine.