[pt] É realizado um estudo teórico experimental sobre motores a combustão interna operando com taxa de compressão variável. É feita uma análise teórica sobre determinado mecanismo que permite variar a taxa de compressão. Para tal foi utilizado um programa de simulação para motores com ignição por centelha. No presente trabalho o modelo de simulação foi aprimorado, com a inclusão de previsão de detonação, de emissão de hidrocarbonetos, do cálculo da potencia de atrito, assim como a inclusão do dispositivo do mecanismo de taxa de compressão variável, entre outras alterações. Uma parte experimental foi também realizada, como o objetivo de validar os resultados do modelo teórico e de quantificar os benefícios proporcionados pelo mecanismo em questão. Para tal um motor de pesquisa de combustível – motor CFR – foi utilizado. Uma comparação dos resultados teóricos e experimentais obtidos no presente trabalho com os de outros pesquisadores é também apresentada. / [en] The present work is concerned with a theoretical and expererimental study of variable compression ratio spark ignition internal combustion engines. A theoretical analysis of the engine, operating with a mechanism allows for variable compression ratio, is carried out. For that a simulation program is utilized. In the present work the simulation model was updated with the inclusion of friction, knocking and hidrocarbon emission models, among other things. An experimental work was also carried out, with a CFR engine. The objective was a wo-fold to validade the results of the theoretical model and to assens the benefits of running an engine with variable compression ratio. A comparison is also made between the rrsults of the present work and those from other authors.

[pt] Estudou-se a aplicação de nanofluidos no sistema de arrefecimento de motores a combustão interna. Nanofluidos são suspensões de partículas de diâmetro menor que 100 nm em fluidos convencionais de troca de calor, tais como água, óleo, etileno glicol, entre outros. Devido às suas características favoráveis de transferência de calor, em função da suspensão de partículas, metálicas ou não metálicas, com elevada condutividade térmica, nanofluidos têm sido considerados para atuar como fluidos térmicos em diferentes aplicações. Desenvolveram-se modelos matemáticos para operação em regime permanente, na avaliação do efeito das características térmicas e hidráulicas do escoamento do nanofluido nos componentes do sistema de arrefecimento; e em regime transiente, na avaliação do processo de aquecimento do motor. Fez-se uso do pacote EES para a simulação e consideraram-se os seguintes componentes do sistema de arrefecimento automotivo: radiador, camisas do bloco de cilindros, termostato e bomba do líquido de arrefecimento. Foram empregados o método dos parâmetros concentrados e o método (épsilon)-NTU para a modelagem global do sistema monofásico. Diferentes tipos de nanofluidos, com variações na concentração volumétrica de nanopartículas, foram considerados na avaliação desta alternativa em fluidos térmicos visando aplicações automotivas. / [en] The application of nanofluids in cooling systems of internal combustion engines was studied. Nanofluids consist of nanoparticles (with dimension below 100 (u)m) suspended in traditional heat transfer fluids, such as water or ethylene glycol. Given their favourable heat transfer characteristics, because of the suspension of high thermal conductivity particles, metallic or non-metallic, nanofluids have been considered as potential substitutes for conventional heat transfer fluids. Mathematical models were developed for steady-state operation, for the evaluation of thermal and hydraulic behavior of the cooling system, and for transient regime, for the assessment of the engine start-up process. The EES software was employed for the simulation. The following components of the cooling system were considered: radiator, engine cooling jackets, thermostat and coolant pump. Lumped parameter analysis and the effectiveness- NTU method were used for the single-phase system simulation. Different types of nanofluids, with variation on the volume fraction, were considered in this study.

[pt] A perspectiva a curto prazo de uma legislação nacional limitando o nível máximo de emissões de poluentes em motores de combustão interna tem despertado interesse em pesquisas visando o controle das emissões sem prejuízo ao desempenho do motor. No presente trabalho foram pesquisadas as influências de parâmetros tais como avanço da ignição razão ar-combustível, preparação da mistura e taxa de compressão no desempenho e nas emissões em um motor tipo CFR utilizando etanol hidratado. Foi utilizado um condensador na linha de amostragem com a finalidade de quantificar separadamente os hidrocarbonetos e o álcool não queimado que são medidos em conjunto nos detetores convencionais. Foram realizados também estudos preliminares para a otimização das condições de saída dos gases para a utilização de catalisadores no controle das emissões. / [en] The perspective of changing shortly the national policy on emissions from internal combustion engines has lead to research aiming to control emissions without decreasing engine performance. In this research, the influence of several parameters on engine performance was analysed: firing angle, airfuel ratio, mixture preparation and compression ratio 5. A one cylinder CFR engine was used burning hidrated ethanol as fuel. Hydrocarbons and unburned alcohol were :measured separately by introducing into the sampling line a water condenser, and using conventional measuring instruments. Several measurements were carried out to optimize the exaust condition of gases (basically temperature) and using a catalyst to reduce emissions. Finally the measured emissions are shown as a function of several pamaters.

[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] 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] Diante da crise ambiental dos dias atuais, desenvolver tecnologias de menor impacto negativo e promover ações de eficiência energética tornam-se imprescindíveis para conciliar produtividade e redução de emissões. Neste contexto, aprofundar-se no estudo de motores de combustão interna modelando seu funcionamento se apresenta como uma ferramenta bastante interessante, seja por ensaios em bancada ou modelagens. O presente trabalho buscou desenvolver modelos usando diferentes arquiteturas de Redes Neurais Artificiais (RNAs) para obter parâmetros de performance de Motores de Combustão Interna movidos a gás natural e a misturas de diesel – biodiesel – etanol. Para o primeiro caso, foram coletados dados de 5 motores visando a avaliação da eficiência térmica, consumo específico, temperatura de exaustão, e para o segundo a base de dados contempla um motor, sobre o qual foram avaliados, em acréscimo aos parâmetros mencionados, os coeficientes de compressão e expansão da politrópica, o consumo específico de etanol, a taxa máxima de liberação de calor e a pressão máxima. Para as redes que apresentaram melhores resultados, foram construídas superfícies de resposta a fim de analisar os modelos sobre a perspectiva do fenômeno que representam. Foi possível obter modelos com boa representatividade dos parâmetros mencionados (obtendo valores de R2 acima de 70 por cento para dados de treino e teste), exceto para os dois coeficientes da politrópica. Neste caso, embora os erros fossem relativamente satisfatórios, as superfícies de resposta atingiram extremos que não condizem com a teoria relacionada. Por outro lado, foi possível construir um modelo para a eficiência térmica a partir do consumo e abertura da válvula, com R2 de 99 por cento para treino e teste. Isto se explica pelo fato de que a primeira variável de entrada é parte da equação que calcula o parâmetro em questão, e a segunda está ligada à relação ar-combustível da mistura. / [en] Faced with the current environmental crisis, developing technologies with less negative impact and promoting energy efficiency actions are essential to reconcile productivity and emissions reduction. In this context, the study of internal combustion engines by modeling their operation presents itself as a very interesting tool, whether by bench tests or modeling. The present work aimed to develop models using different architectures of Artificial Neural Networks (ANNs) to obtain performance parameters of Internal Combustion Engines powered by natural gas and blends of diesel – biodiesel – ethanol. For the first case, 5 engines were considered to evaluate the thermal efficiency, specific consumption, exhaust temperature, and for the second case, the database includes an engine, on which, in addition to the mentioned parameters, the compression and expansion polytropic coefficients were evaluated, the specific consumption of ethanol, the maximum rate of heat release and the maximum pressure. For the networks that presented better results, response surfaces were made in order to analyze the models from the perspective of the phenomenon they represent. It was possible to obtain models with good representation of the mentioned parameters (obtaining R2 values above 70 percent for training and test data), except for the two polytropic coefficients. In this case, although the errors were relatively satisfactory, the response surfaces reached extremes that do not agree with the related theory. On the other hand, it was possible to build a model for thermal efficiency from consumption and throttle, with R2 of 99 percent for training and testing. This is explained by the fact that the first input variable is part of the equation that calculates this parameter, and the second is linked to the air-fuel ratio of the mixture.