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Actuellement, les principaux thèmes pour le secteur de transport sont le réchauffement global et la crise énergétique, ce qui encourage les chercheurs à développer des technologies alternatives et efficaces. Le concept ‘HCCI’ (combustion d’une charge homogène, allumée par compression) est l’une des solutions pour le moteur de véhicules. Ce mode de combustion, indépendant d’une notion de propagation de flamme, permet de réduire fortement les émissions critiques de NOX et de suies dans les gaz d'échappement. Cette combustion de type HCCI du carburant diesel se caractérise par une combustion à deux étapes. Parallèlement, l’apparition de nouveaux carburants, comme le bio-alcool, est une autre voie de recherche. Les bio-alcools ont un nombre d’indice d'octane élevé qui peut se mélanger avec du carburant diesel pour optimiser la combustion de HCCI des carburants diesel. L’objectif de cette thèse est donc de caractériser les deux étapes de la combustion HCCI en étudiant l’influence de l’impact de l’ajout d’une fraction d’alcools dans diesel. La comparaison avec un mélange d’iso-octane, hydrocarbure à indice d'octane élevé de paraffine et des mélanges dilués via les gaz d’échappement est aussi analysée en tant que verrous potentiels pour améliorer la combustion de type HCCI. Dans cette thèse, le n-heptane est choisi comme composé principal représentatif du diesel, l'éthanol et 1-butanol sont choisis comme bio-alcools. L’analyse présentée ici se repose sur trois approches différentes : l’analyse expérimentale de la pression cylindre, l'analyse d'images de chimiluminescence spontanée de certaines espèces et les résultats issus de la modélisation cinétique de la combustion. / Currently, the major issues for the transportation sector are the global warming and energy crisis which encourage researchers to develop an alternative green efficient technology. The homogeneous charge compression ignition (HCCI) can be one of solutions for the automotive engine. This combustion concept is independent on the high temperature flame propagation which releases lowest critical emissions (NOX and PM) in the exhaust gas. HCCI combustion of diesel fuel presents specific characteristic of two-stage ignition that over-advances the main heat release. As the importance of bio-alcohol fuels increases, it is interesting to evaluate the potential of the fuels, to optimize the HCCI combustion of diesel fuels. This is the objective of this phD thesis. The two-stage ignition characteristic of the diesel hydrocarbon is described and the influence of alcohol fuel fraction in diesel blends is investigated in comparison with high octane paraffin hydrocarbon diesel blends and EGR addition. All potentials are concluded to the potential for HCCI combustion improvement. In this thesis, n-heptane was selected as the major diesel representative component and ethanol and 1-butanol as the considered alcohol fuels. Three approaches were used based on experimental cylinder pressure analysis, the chemiluminescence emissions image analysis and the chemical kinetic analysis results from the engine modeling. A detailed chemical kinetic scheme was specifically developed from sub-scheme of all considered fuel.

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-16T17:36:39Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-16T17:36:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os eletrocatalisadores PtRh/C foram preparados nas seguintes proporções atômicas: (100,0), (0,100), (90,10), (70,30) e (50,50). Os métodos empregados nas sínteses foram redução via borohidreto de sódio e redução por álcool. Os sais metálicos empregados foram H2PtCl6.6H2O e (RhNO3)3 e o suporte de carbono utilizado foi carbon Vulcan XC72, a composição metálica em massa foi de 20%; e o suporte, 80%. Os eletrocatalisadores foram caracterizados por técnicas físico-químicas, espectroeletroquímica e por experimento em célula a combustível, cujo emprego se deu por uma célula unitária direta a álcool com membrana alcalina. Os eletrodos de trabalho foram preparados pela técnica de camada fina porosa. A técnica de difração de raios X permitiu verificar ligas metálicas, fases segregadas e calcular a porcentagem de ligas metálicas, bem como constatar os tipos de fases cristalinas. A técnica de espectroscopia no infravermelho permitiu verificar que a oxidação eletroquímica do etanol se dá pelo mecanismo indireto de oxidação, ou seja, para todos materiais estudados houve a produção de espécies intermediárias, em que PtRh(70:30)/C sintetizado pelo médodo de redução via borohidreto de sódio produziu grandes quantidades de CO2 e C2H4O. Rh/C mostrou-se ativo eletroquimicamente para ambos os métodos de síntese empregados. A técnica de microscopia eletrônica de transmissão permitiu calcular o tamanho médio e a área superficial média dos eletrocatalisadores. As técnicas eletroquímicas permitiram verificar a estabilidade, potencial onset e pares redox dos sistemas considerados. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

The present work studies the use of a two-zone computer model to simulate the operation of an internal combustion engine with spark ignition fueled with alcohol fuels and gasohol. To fit the model to the experimental data, a parameter estimation technique was used and the heat transfer correlation that could better fit the tested fuels and engine was determined. The tested fuels were: hydrous ethanol, wet ethanol (from 10% to 40% of water, by volume), n-butanol, n-butanol/ethanol blend and gasohol. In addition to the experimental tests with the engine, tests with a packed distillation column under batch process were made in order to determine the energy efficiency involved between production and use as a fuel for hydrous ethanol and wet ethanol fuels. The results showed that the two-zone model was able to predict satisfactorily the behavior of all tested fuels, accurately obtaining the engine performance parameters. In terms of energy efficiency, wet ethanol fuels have advantage over hydrous ethanol fuel, especially in the case of 30% of water by volume, where energy efficiency reaches its maximum value, considering the distillation and engine combustion processes. The n-butanol fuel was capable of act as a surrogate for both hydrous ethanol and gasohol with efficiency, leading the engine to have good performance in the tested operational conditions and appearing, due to this, as an interesting alternative of renewable fuel to be inserted in the Brazilian energy matrix. / O presente trabalho investiga o uso de um modelo computacional de duas zonas para simular o funcionamento de um motor de combustão interna com ignição por centelha abastecido com álcoois combustíveis e gasolina. Para o ajuste do modelo fez-se uso de técnica de estimação de parâmetros e determinação da correlação de transferência de calor capaz de melhor se ajustar aos combustíveis e ao motor testados. Os combustíveis utilizados foram: etanol hidratado, etanol super-hidratado (de 10% a 40% de água, em volume), n-butanol, misturas de n-butanol e etanol e gasolina e etanol. Além dos testes experimentais com motor, testes de bancada com uma coluna de destilação recheada em regime descontínuo foram realizados a fim de determinar a eficiência energética do processo de produção e queima de etanol hidratado e super-hidratado. Os resultados obtidos mostraram que o modelo de duas zonas é capaz de prever de maneira satisfatória o comportamento de todos os combustíveis testados, com determinação precisa de parâmetros de desempenho do motor. Em termos de eficiência energética, o etanol super-hidratado tem vantagem em relação ao etanol hidratado combustível, em especial quando com 30% de água em volume, onde a eficiência energética é máxima, considerados os processos de destilação e queima no motor. O n-butanol combustível usado mostrou-se capaz de substituir eficientemente tanto o etanol hidratado como a gasolina brasileira, levando o motor a ter boa performance nas condições operacionais testadas e aparecendo, dessa forma, como interessante alternativa de combustível renovável a ser inserida na matriz energética brasileira.