[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] 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.

[pt] Neste estudo foi desenvolvido um sistema de alimentação mecânico para conversão de um motor do ciclo Diesel para operar como um motor dual dieselgás natural, com campo de aplicação em embarcações fluviais de pequeno e médio porte. Primeiramente foram executados ensaios no modo original, diesel puro, e em seguida com controle manual de injeção diesel- gás. Os resultados experimentais foram utilizados para comparação entre os dois modos de operação e como base para elaboração do sistema de conversão reversível, sempre mantendo os mesmos níveis de torque e potência do motor. Numa segunda etapa criou-se uma metodologia para construção do sistema de controle de alimentação dual, para um regime de funcionamento simulando a operação do motor com uma hélice acoplada. O controle foi projetado, construído e montado no motor para realização dos testes de desempenho e validação do sistema. O motor foi testado novamente nos dois modos de operação e os resultados comparados em termos de desempenho global, eficiência e nível de emissões (particulados). Os resultados obtidos confirmam a viabilidade econômica e técnica de se operar o motor no modo dual com os mesmos níveis de torque e potência do motor diesel original e validaram o sistema de controle projetado. Foram observadas reduções significativas das emissões (particulados) com um rendimento satisfatório para todo o regime de operação avaliado. As taxas de substituição (diesel-gás) impostas são da ordem de 70%, limitadas pelo sistema de controle, para minimizar os riscos de possíveis danos ao motor em termos de superaquecimento dos bicos injetores e pela detonação. / [en] In this work a mechanical system of fuel supply was developed to convert a Diesel engine for dual fuel diesel-gas Dual operation in small and medium size fluvial boats. First assays, in the original way, pure diesel operation had been executed. After that, the dual fuel operation was conducted with manual control of diesel and gas injection. The experimental results had been used for comparison between the two ways of operation and as a base line for elaboration of the system of reversible conversion, always keeping the same levels of torque and power of the engine. In a second stage, a methodology for construction of the system of control for dual fuel supplying was created. A specific curve of functioning, simulating the operation of the engine connected to a propeller, was used for that. The control was projected, constructed and adapted in the engine for the realization of performance tests and system validation. The engine was tested again in the two modes of operation and the results compared in terms of overall performance, efficiency and emission levels (particulates). The acquired results confirm the economic viability and technique of the dual fuel operation of the engine with the same levels of torque and power of the original diesel engine, validating the projected system of control. Significant reductions of the emissions (particulates) with a satisfactory performance for all the evaluated points of operation was observed. The imposed substitution (diesel-gas) rate is around 70%, limited by the control system, to minimize the risks of possible damages to the engine in terms of overheating of the injector atomizers and knocking occurrence.