A velocidade de propagação da chama em motores ciclo Otto é determinante das características do combustível, sendo fundamental seu conhecimento para um melhor ajuste do par motor/combustível. Maior velocidade de propagação da chama possibilita aumentar a potência com o aumento da rotação do motor. Assim, pode-se inclusive atrasar o avanço de ignição, com isto, menor será o trabalho negativo necessário para comprimir a mistura já em combustão antes do Ponto Morto Superior, e, maior será a eficiência do ciclo. A velocidade de propagação da chama é fortemente influenciada pela relação de compressão, condição de mistura, turbulência e avanço de ignição. Este trabalho tem como objetivo analisar a influência destes parâmetros de operação na velocidade de propagação da chama em um motor CFR (Cooperative Fuel Research). Para tanto são apresentados resultados experimentais de medidas de ângulo entre o momento de ignição do combustível e a detecção da chama na extremidade oposta da câmara de combustão por um sensor de ionização em um motor CFR. Também é mapeado o trabalho no diagrama pressão versus volume, que permite a avaliação do trabalho líquido produzido por ciclo e disponibiliza o valor do pico de pressão, o ângulo em que este ocorre, a pressão média efetiva e a curva de fração mássica queimada para cada condição ensaiada. Apresenta-se as análises da variação do ângulo de combustão tanto do MTBE quanto do isooctano em 5 diferentes avanços de ignição. Para o ensaio com etanol hidratado são apresentadas as análises realizadas com 6 relações de compressão, 5 avanços de ignição e 5 relações ar-combustível, onde todos os valores destes parâmetros em estudo abrangem faixas típicas de operação de motores comerciais. Os resultados indicam um menor ângulo de combustão para relações de compressão elevadas, condição de mistura ligeiramente rica e elevados avanços de ignição. / The flame speed propagation in Otto cycles engine is a conclusive fuel feature, whose knowledge has a fundamental importance for a better accuracy of the pair engine/fuel. The higher flame speed propagation enables a greater cylinder filling, which can also increase power with improvements in engine speed, as a result holding back the ignition advance. Thus, it will be necessary a lower negative work to compress the mixture already in combustion before the top dead center, then resulting a greater efficiency cycle. The flame speed propagation is highly influenced by the compression ratio, mixture condition and ignition advance. This thesis proposes to investigate the influence of these operational parameters over the flame speed propagation in a CFR engine [Cooperative Fuel Research]. In this way, the angle measurements are performed between the fuel ignition timing and the flame detection over the opposite edge of combustion chamber by a ionization sensor in a CFR engine, as well as the diagram work pressure versus volume, which allows the net work evaluation produced by cycles and available the high pressure value, the angle with this occurs, the mean effective pressure and the curve of mass fraction burned for each tease condition. It introduces the analysis of combustion duration variation as much MTBE as the isooctane in 5 distinct ignition advance for the hydratated ethanol testing are introduced analysis accomplished with 6 compression ratio, 5 ignition advances and 5 air/fuel ratio, whose parameters values studies incorporates typical operational ratios of commercial engines. The results indicated a low angular combustion duration for the higher compression ratio, slightly rich mixture condition and elevated ignition advance.

A velocidade de propagação da chama em motores ciclo Otto é determinante das características do combustível, sendo fundamental seu conhecimento para um melhor ajuste do par motor/combustível. Maior velocidade de propagação da chama possibilita aumentar a potência com o aumento da rotação do motor. Assim, pode-se inclusive atrasar o avanço de ignição, com isto, menor será o trabalho negativo necessário para comprimir a mistura já em combustão antes do Ponto Morto Superior, e, maior será a eficiência do ciclo. A velocidade de propagação da chama é fortemente influenciada pela relação de compressão, condição de mistura, turbulência e avanço de ignição. Este trabalho tem como objetivo analisar a influência destes parâmetros de operação na velocidade de propagação da chama em um motor CFR (Cooperative Fuel Research). Para tanto são apresentados resultados experimentais de medidas de ângulo entre o momento de ignição do combustível e a detecção da chama na extremidade oposta da câmara de combustão por um sensor de ionização em um motor CFR. Também é mapeado o trabalho no diagrama pressão versus volume, que permite a avaliação do trabalho líquido produzido por ciclo e disponibiliza o valor do pico de pressão, o ângulo em que este ocorre, a pressão média efetiva e a curva de fração mássica queimada para cada condição ensaiada. Apresenta-se as análises da variação do ângulo de combustão tanto do MTBE quanto do isooctano em 5 diferentes avanços de ignição. Para o ensaio com etanol hidratado são apresentadas as análises realizadas com 6 relações de compressão, 5 avanços de ignição e 5 relações ar-combustível, onde todos os valores destes parâmetros em estudo abrangem faixas típicas de operação de motores comerciais. Os resultados indicam um menor ângulo de combustão para relações de compressão elevadas, condição de mistura ligeiramente rica e elevados avanços de ignição. / The flame speed propagation in Otto cycles engine is a conclusive fuel feature, whose knowledge has a fundamental importance for a better accuracy of the pair engine/fuel. The higher flame speed propagation enables a greater cylinder filling, which can also increase power with improvements in engine speed, as a result holding back the ignition advance. Thus, it will be necessary a lower negative work to compress the mixture already in combustion before the top dead center, then resulting a greater efficiency cycle. The flame speed propagation is highly influenced by the compression ratio, mixture condition and ignition advance. This thesis proposes to investigate the influence of these operational parameters over the flame speed propagation in a CFR engine [Cooperative Fuel Research]. In this way, the angle measurements are performed between the fuel ignition timing and the flame detection over the opposite edge of combustion chamber by a ionization sensor in a CFR engine, as well as the diagram work pressure versus volume, which allows the net work evaluation produced by cycles and available the high pressure value, the angle with this occurs, the mean effective pressure and the curve of mass fraction burned for each tease condition. It introduces the analysis of combustion duration variation as much MTBE as the isooctane in 5 distinct ignition advance for the hydratated ethanol testing are introduced analysis accomplished with 6 compression ratio, 5 ignition advances and 5 air/fuel ratio, whose parameters values studies incorporates typical operational ratios of commercial engines. The results indicated a low angular combustion duration for the higher compression ratio, slightly rich mixture condition and elevated ignition advance.

Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T04:22:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RamirezBehainne_JhonJairo_D.pdf: 3210351 bytes, checksum: f10fc08456d97b1335e17aab68707b93 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho teve o propósito de avaliar as emissões totais de mercúrio produzidas pela combustão de misturas de carvão mineral brasileiro CE-4500 com dolomita em regime de fluidização rápida. Amostras do gás de combustão foram coletadas na chaminé do sistema após o filtro de mangas do combustor, através de uma sonda isocinética de laboratório operada com base nos métodos U.S.E.P.A. n. 29 e ASTM-D-6784 (Ontario-Hydro). Resíduos sólidos gerados pelo processo também foram coletados, e junto com as amostras obtidas na chaminé, foram analisados através da técnica de espectrofotometria de fluorescência atômica de vapor frio. Em onze testes experimentais, obteve-se informação relacionada com os perfis axiais de pressão estática e temperatura, a concentração de O2, CO e NOx nos gases de combustão, o rendimento de captura do separador de partículas do sistema e a eficiência da conversão de carbono no processo. Os resultados do estudo revelaram que, em média, 6% do mercúrio total liberado nos efluentes do processo saiu pela chaminé com o gás de combustão e com as partículas não coletadas pelo filtro de mangas. Adicionalmente foi demonstrado que o valor da relação molar cálcio-enxofre não influencia significativamente nas emissões totais do poluente no gás de combustão. O balanço de mercúrio no processo mostrou um desvio médio de 40%, valor considerado satisfatório tendo em conta as dificuldades para a determinação de um poluente presente em baixas concentrações. / Abstract: In this work, total mercury emissions from fast fluidized bed combustion of CE-4500 Brazilian coal and dolomite mixtures were quantified. Stack gas samples were collected downstream of a baghouse by using an isokinetic probe and U.S. E.P.A. n. 29 / ASTM-D-6784 (Ontario-Hydro) method procedures. The ash samples trapped in the particulate control device and those accumulated in the bottom of the reaction chamber were also analyzed. A cold-vapor atomic fluorescence spectrophotometer was employed to determine the mercury concentration in the stack gas and ash samples. Additional experimental information about the combustion process was obtained, such as, pressure and temperature axial profiles, O2, CO and NOx concentrations in the exhaust gas, baghouse performance and carbon conversion efficiency. Results showed that approximately 6% of the total mercury released by the process in gaseous and particulate form was emitted from the stack, and this level was not affected by the amount of dolomite being used. A deviation close to 40% in the mercury mass balance for the process was verified. Results were satisfactory taking into consideration the inherent difficulties to quantify small concentrations of the pollutant in the process. / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Trata do fenômeno da detonação nos motores de combustão interna. Discute os fatores de influência na ocorrência e intensidade de detonação e alguns métodos para sua quantificação. Descreve uma metodologia de quantificação baseada na análise espectral do sinal de pressão da câmara de combustão. A intensidade da detonação é tomada como uma medida da energia das componentes freqüênciais do sinal situadas em uma faixa de freqüências característica deste fenômeno. Inclui os testes preliminares realizados, os fundamentos matemáticos da amostragem e análise espectral utilizada e a importância destes na interpretação dos resultados. Apresenta os resultados obtidos para três velocidades de operação (2000 rpm, 3000 rpm e 4000 rpm) e três condições de avanço de ignição do motor (avanço de fábrica, ignição avançada em 6 graus e atrasada em 4 graus), totalizando 270 ciclos analisados. Comenta as vantagens deste método, que utiliza a pressão da câmara de combustão em vez de sinais de acelerômetros, comumente empregados em sistemas de controle de detonação de motores de ignição por centelha. / This work deals with knock in internal combustion engines. The influence factors on knock occurrence and intensity and some quantification methods are discussed. A knock quantification methodology based on spectral analysis of the combustion chamber pressure signal is described, Knock intensity is taken as a measurement of the energy in the frequential components of the signal inside a frequency range characteristic of the phenomenon. It is presented the preliminary tests, the mathematical background of sampling and spectral analysis and their importance in result analysis. It is reported the results for three speeds (2000 rpm, 3000 rpm and 4000 rpm) and tree ignition advance conditions (factory default, ignition advanced in 6 degrees and delayed in 4 degrees), totaling 270 analyzed cycles. The advantages of this method, which employs the combustion chamber pressure, is also commented, over those which use accelerometer signals, commonly employed in knock controI systems of spark ignited engines.

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T21:15:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_GustavoSantos_M.pdf: 9836422 bytes, checksum: 5dd85af9a9e496c3601a34fb639cb6dd (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho desenvolveu um novo conceito de dispositivo mecânico capaz de variar a taxa de compressão dos cilindros de um motor a combustão interna para estudar as possibilidades de novos projetos para a indústria automotiva e apresentar as possíveis melhorias atingidas com essa tecnologia. O modelo desenvolvido foi submetido a simulações computacionais para avaliar sua cinemática e dinâmica através das teorias de múltiplos corpos rígidos e da modelagem geométrica. Foi implementado um modelo simplificado robusto zero dimensional para tornar as análises mais simples utilizando os conceitos de termodinâmica envolvidos no motor. Foi considerado transferência de calor instantânea, processo de queima finita pela curva de Wiebe e os fluxos de massa envolvidos nos processos de admissão e exaustão dos cilindros. Não foram implementados os processos de dissociação e equilíbrio químico e um modelo que prevê detonação. Os resultados cinemáticos e dinâmicos foram validados em softwares comerciais de renome e apresentaram ótima semelhança. Os resultados termodinâmicos possibilitaram comprovar a eficácia da adoção da variação da taxa de compressão quando se necessita aumentar a eficiência térmica dos motores, melhorar os índices de consumo e desempenho. Os resultados permitiram também o desenvolvimento de novas curvas fundamentais para análises mais sofisticadas e calibrações mais específicas do motor / Abstract: This work developed a new concept of a mechanical device able to vary the compression ratio of an internal combustion engine cylinder to study the possibilities of new projects for the automotive industry and present the possible improvements achieved with this technology. The developed model was subjected to computer simulations to evaluate its kinematics and dynamics through the theories of multiple rigid bodies and geometric modeling. A robust zero dimensional simplified model to make simpler analysis using thermodynamic concepts involved in engines was implemented. Was considered instantaneous heat transfer, finite burning process by Wiebe curve and the mass flows involved in the admissions and exhaust process from the cylinders. The dissociation and chemical balance processes and a model that predicts knocking have not been implemented. The kinematic and dynamic results were validated in leading commercial software and showed excellent accuracy. The thermodynamic results allowed prove the efficacy of adopting varying the compression ratio when it needs to increase the thermal efficiency of the engine, improve the rates of consumption and performance. Results also enabled the development of new fundamental curves for more sophisticated analysis and more specific engine calibrations / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T23:51:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morita_EugeniodeSouza_M.pdf: 4021816 bytes, checksum: da9670c797e58d9f79ea109135e7df7d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo deste trabalho é avaliar as emissões de óxidos de nitrogênio (NO + NO2) durante a combustão de carvão mineral com adição de calcário dolomítico como adsorvente em leito fluidizado circulante (LFC). As variáveis de influência estudadas foram o excesso de ar, que variou entre 18 e 32 %, e a relação molar cálcio enxofre (Ca/S) que variou entre 0 e 2. A quantificação das emissões de NOx foi realizada em condições de regime estacionário através da técnica de detecção por infravermelho não dispersivo (NDIR). Perfis de temperatura e pressão foram medidos durante a realização dos experimentos. A combustão foi mantida a uma temperatura média do riser de 840 ºC e velocidade superficial do gás próxima de 9 m.s-1. Utilizou-se um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para o planejamento dos experimentos mediante determinação das variáveis de influência e seus limites de operação. Um total de treze experimentos foram realizados, sendo onze deles relativos ao planejamento experimental. A influência do parâmetro relação molar Ca/S foi mais significativa quando comparada à influência do excesso de ar. O aumento da razão Ca/S provocou acréscimo nas emissões de NOx, enquanto a redução do excesso de ar provocou a diminuição das emissões. Os resultados obtidos nesta pesquisa apontam para uma região de otimização, buscando-se a minimização das emissões de NOx que pode ser alcançada pela utilização de valores baixos de excesso de ar (18 %) e relação Ca/S de 0,6, uma vez que para relações maiores, a emissão de SO2 foi praticamente nula, destacando o elevado poder de remoção do enxofre por este calcário. / Abstract: This work reports an experimental study concerning NOx emissions from brazilian coal combustion with limestone addition in circulating fluidized bed as a function of operational parameters excess air (18 to 32 %) and Ca/S molar ratio (0 to 2). The NOx concentration was achieved at steady state operation through a non-dispersive infrared (NDIR) detection technique. Profiles of temperature and pressure were measured. Bed temperature around 840 ºC and superficial gas velocity around 9 m.s-1 were conditions maintained at the experiments. Central Composite Rotational Design has been used for planning the experiments according to the knowledge of influence variables on combustion process and its operational limits. A total of thirteen experiments were carried out. The influence of Ca/S molar ratio on NOx emissions was greater than air excess influence. Increasing Ca/S molar ratio it was observed tha NOx emissions also rise, meanwhile decreasing air excess factor leds a reduction on NOx emissions. Results pointed to a optimizing area, seeking to minimize NOx concentrations that can be achieved with low air excess (18 %) and Ca/S molar ratio of 0.6, since for larger ratios, the SOx emissions was insignificant, highlighting the limestone's high efficiency to sulfur capture. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Atualmente, há poucas aplicações de uso de combustíveis renováveis em queimadores, apesar de representarem grande parte do consumo de energia primária. O etanol se apresenta como uma alternativa com grande potencial para substituição de combustíveis não-renováveis em queimadores no Brasil. Tendo em vista este potencial, foi realizado um estudo de possíveis aplicações de queimadores a etanol, com potência inferior a 50 kW, do ponto de vista ambiental, econômico e tecnológico. Foi selecionada uma churrasqueira como a aplicação mais viável. Tendo em vista a necessidade de troca de calor por radiação, foram selecionados queimadores porosos infravermelhos em conjunto com bicos pulverizadores. Durante os testes, a combustão incompleta com gotejamento de combustível se mostrou um problema freqüente. Foi construída uma série de protótipos até se chegar a uma solução final do problema. Este protótipo final, com itens de baixo custo, foi testado avaliando-se potência e emissões, apresentando performance adequada. Foram também estabelecidas diretrizes para desenvolvimento de um produto. / Nowadays, there are few applications of renewable fuels in burners, despite representing a large share of primary energy consumption. Ethanol presents as an alternative with great potential of non-renewable fuels substitution in burners in Brazil. Facing this potential, a study with possible applications of ethanol burners, with output power lower than 50 kW, was carried out, considering environmental, economic and technological aspects. Grill was chosen as the most feasible application. Once radiant heat transfer is needed, infrared porous burner combined with spray nozzles were selected. Throughout the tests, incomplete combustion with fuel dripping was shown as a recurrent problem. A sequence of prototypes was built until a final solution. This last prototype, with low cost components, was tested, assessing output power end emissions, presenting sufficient performance. Guidelines to product development were stipulated.

Apresenta o estado da arte das câmaras de combustão dos motores de combustão interna ciclo Otto à gasolina e a etanol, onde observa de forma qualitativa aspectos evolutivos e específicos ao uso do etanol como combustível alternativo. Propõe sugestões para trabalhos futuros, visando a otimização de uma câmara mais apropriada ao uso deste importante combustível renovável. / It presents the state of the art of combustion chambers of gasoline and ethanol Otto cycle internal combustion engines, where it observes qualitatively evolutive and specific aspects to the use of the ethanol as an alternative fuel. It proposes suggestions for future works, seeking the optimization of a more appropriate combustion chamber for the use of that important renewable fuel.

Motores do ciclo Diesel são extensivamente empregados em aplicações automotivas devido a sua significativa vantagem em relação ao consumo de combustível e a sua confiabilidade. Nos últimos anos, houve um aumento da consciência em relação ao meio ambiente nas nações industrializadas, que conferiu mais importância ao controle das emissões. Os poluentes mais críticos são os óxidos de nitrogênio e o material particulado, devido a dificuldade em reduzi-los simultaneamente sem comprometer o desempenho dos motores. O principal objetivo deste trabalho é utilizar os conceitos obtidos a partir dos mais modernos métodos experimentais para implementar um novo modelo fenomenológico da emissão de material particulado que seja flexível, não seja computacionalmente dispendioso, mas mantenha satisfatória fidelidade com os fenômenos estudados. O modelo é desenvolvido em uma estrutura modular, no ambiente Matlab-Simulink, para ser uma nova ferramenta para pesquisadores investigarem condições de operação que reduzem a emissão de material particulado. As informações necessárias para o modelo são: pressão na câmara de combustão, vazão em massa de combustível injetado, velocidade de injeção, temperatura média da câmara, taxa de liberação de calor e as características do injetor. Com estas informações o modelo é capaz de descrever as principais características do spray, como seu ângulo, o comprimento do spray líquido e o comprimento de "Lift-Off", bem como as temperaturas em algumas regiões do spray. O modelo também determina o histórico da massa de material particulado na câmara de combustão e a massa de material particulado que deixa a câmara. Os resultados da aplicação do modelo tanto a um motor monocilíndrico de pesquisa, como a um motor veicular completo, apesar de não reproduzirem de forma perfeita os valores medidos, mostraram claramente uma razoável conformidade e o grande potencial de expansão do novo modelo proposto.

Neste trabalho, discute-se experimentalmente a influência da concentração de O2 como oxidante na variação da temperatura de chamas parcialmente pré-misturadas de GLP/O2/ar. Utilizando-se a técnica de espalhamento Rayleigh por laser, avaliaram-se todos os interferentes presentes no meio em estudo, realizando-se experimentos em diversas situações de vazão mássica do oxidante O2. Comparou-se também o comportamento do sinal e os respectivos valores de temperatura ao longo de chamas com deficiência de oxidante e excesso, frente ao comportamento de referência estequiométrico, que teoricamente mais se aproxima de valores de temperatura de chama adiabática. Os valores encontrados para a chama estequiométrica, com deficiência de oxidante e com excesso de oxidante, da pré-mistura de GLP, oxigênio e ar são coerentes com os dados obtidos por Santos (2005) e Mattos (2012).