Orientador: Luiz Fernando Milanez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-16T07:09:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_EduardoGodoyde_M.pdf: 4233314 bytes, checksum: 431da8392afee63bfdeb9c898bb351a7 (MD5) Previous issue date: 1987 / Resumo: A partir de dados obtidos em ensaios de desempenho na tomada de potência de três tratores agrícolas foram propostos três métodos para a avaliação indireta do torque de motores diesel: medição do consumo de combustível, medição da temperatura dos gases de escape e medição da posição da alavanca de acionamento da bomba injetora. A medição do consumo de combustível foi feita utilizando-se um medidor digital com pré-fixação de volume de combustível a ser utilizado e leitura do tempo gasto. A variável independente, neste caso, para a modelagem do torque foi a massa de combustível injetada por cilindro e por ciclo. A temperatura dos gases de escape foi medida utilizando-se um termo-elemento. A variável independente, neste caso, foi a diferença entre a temperatura de escape e a temperatura do ar de admissão. A posição da alavanca de acionamento da bomba injetora foi avaliada através da rotação máxima livre do motor, sendo esta rotação tomada como a variável independente. A análise estatística dos resultados mostrou que na modelagem matemática, em todos os métodos, deveria ser incluida a rotação do motor que se mostrou significativa. Foram feitas considerações a respeito da utilização de cada método em função da precisão, custo e facilidade de adaptação. / Abstract: Three methods for indirect evaluation of the torque of diesel engines were proposed from data obtained in performance tests in the power take-off of agricultural tractors: measurement of the fuel consumption, measurement of exhaust gas temperature and measurement of the position of the fuel pump control lever. The fuel consumption was measured by means of a digital sensor that records the time taken for a fixed amount of fuel to be burned. The independent variable in this case for the mathematical modeling of the torque was the mass of fuel delivered per cylinder per cycle. The exhaust gas temperature was me1sured by a thermo-couple. The independent variable here was the difference between the exhaust temperature and the admission air temperature. The position of the fuel pump control lever was evaluated as a function of the engine maximum engine speed, with this speed being taken as the independent variable. A statistical analysis of the results indicated that in the mathematical modeling, for all methods, the engine speed should be included as an additional independent variable. Considerations were made regarding the utilization of each method as function of accuracy, costs and adaptability. / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: João Andrade de Carvalho / Coorientador: Andrés Armando Mendiburu Zevallos / Banca: Eliana Vieira Canettieri / Banca: Cristiane Aparecida Martins / Banca: Christian Jeremi Coronado Rodríguez / Banca: Marco Antonio Rosa do Nascimento / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo a determinação experimental da velocidade laminar de chamas pré-misturadas de misturas de etanol anidro - ar na temperatura ambiente, em pressões variadas utilizando-se de uma bancada construída para este fim. Misturas com diferentes razões de equivalência, inclusive com valores próximos aos limites de inflamabilidade, foram testadas em pressões sub-atmosféricas utilizando-se a bancada cuja construção foi aqui desenvolvida. Os resultados obtidos para velocidades de combustão de chamas pré-misturadas, com diferentes razões de equivalência e diferentes pressões ambientes sub atmosféricas, são inéditos. Os experimentos foram realizados a 80, 60, 40 e 20 kPa. Este trabalho, portanto, é de importância geral em combustão. A maior inovação é a determinação da velocidade de chamas pré-misturadas de etanol anidro com ar, em atmosfera controlada e com pressões menores que a atmosférica e com razões de misturas próximas ao limite de inflamabilidade. É de importância também para futuros estudos de combustão de etanol e para o desenvolvimento de modelos de combustão de etanol / Abstract: This work proposes as objective the experimental determination of the laminar velocity of premixed flames of anhydrous ethanol - air mixtures at room temperature, at varying pressures using the built for this bench. Mixtures with different equivalence ratios, including values close to flammability limits, were tested at sub-atmospheric pressures using this bench. The results obtained for pre-mixed flame combustion velocities with different equivalence ratios and different sub atmospheric ambient pressures are inedit. The experiments were performed at 80, 60, 40 and 20 kPa. This work, therefore, is of general importance in combustion. The major innovation is the determination of the rate of consumption of premixed anhydrous ethanol with air flames, in controlled atmosphere and with pressures lower than atmospheric and with mixing ratios close to the flammability limit. It is also of importance for future ethanol combustion studies and for the development of ethanol combustion models / Doutor

O objetivo do seguinte trabalho é um novo modelo de câmara de combustão do tipo RQL ("Rich-Quench-Lean" na língua inglesa) para turbinas a gás. A combustão acontece em duas fases; a primeira com deficiência de oxidante ou rica em combustível, e a segunda é pobre em combustível. Esta estrutura de combustão permite a conciliação de baixas emissões de NOx e produtos de combustão de oxidação parcial, como monóxido de carbono, hidrocarbonetos não queimados e fuligem. A idéia dos combustores RQL tradicionais é a injeção estagiada de combustíveis através da câmara, criando algumas regiões de combustão desfavoráveis à formação do NOx. Mas no novo conceito aqui proposto, essas condições não favoráveis à formação do NOx são alcançadas através do controle da dinâmica da mistura entre os reagentes no interior da câmara, favorecendo algumas vantagens em relação ao processo RQL tradicional. Entretanto, para a combustão pobre na câmara secundária, dependendo dos parâmetros de operação, algumas oscilações acústicas ocorrem. Portanto, o presente trabalho trata da influência desses parâmetros operacionais: razão de equivalência, número de Reynolds do jato de combustível, número de "swirl", e razão comprimento/diâmetro da câmara primária (L/D), sobre as instabilidades acústicas. Os resultados mostram que aumentando o número de "swirl", e reduzindo o número de Reynolds do jato combustível, as oscilações de combustão podem ser atenuadas. Além disso, a mais alta razão L/D investigada foi 3, e para esta situação bons resultados foram observados para atenuação de instabilidades. Apesar das dificuldades para entender o complexo fenômeno de instabilidade de combustão, este trabalho apresenta algumas recomendações para controlar as oscilações em câmaras de combustão do tipo RQL para turbinas a gás.

Já é conhecido que nos últimos 50 anos muitos sistemas de propulsão, principalmente os motores foguete, tanto a propelente sólido como líquido, tem apresentado muitos problemas de instabilidade de combustão, sendo esta a maior preocupação durante a fase de projeto. Essas instabilidades se manifestam principalmente através de oscilações de pressão na câmara e muitas vezes na forma de modos acústicos fundamentais, ou seja, instabilidades acústicas e as mesmas podem aumentar a taxa de transferência de calor para as paredes da câmara, podendo levá-la a explosão. O presente trabalho tem como principal finalidade a avaliação de uma metodologia para o projeto de dispositivos passivos (ressonadores de Helmholtz) para o controle de instabilidades acústicas em câmaras de combustão. Como primeiros passos foram feitos ensaios acústicos para se conhecer as características acústicas da câmara. A partir destes dados foi feito um cálculo utilizando o modelo do Ressonador de Helmholtz para se definir as dimensões do ressonador a ser construído para amortecer uma determinada freqüência de ressonância selecionada. Os resultados obtidos com ensaios a frio se mostram satisfatórios no percentual de absorção para a freqüência de projeto e também em uma faixa próximo desta. Bom resultado também é obtido na predição das freqüências ressonantes da câmara. Ensaios a quente também foram realizados para verificar o comportamento do ressonador nestas condições. Os dados experimentais permitem afirmar que a metodologia empregada pode ser útil para o dimensionamento de ressonadores que permitem atenuar os efeitos de instabilidade de combustão.

Pulsating combustion is a technique that directly intervenes in combustion processes modifying pollutant emissions and increasing thermal efficiency by varying pressure and temperature in the flame region. The pulsations accelerate mixture rate between oxidant and fuel, resulting in a more intense combustion process, with low fuel waste and potential for low emission of pollutants originated by partial combustion, such as carbon monoxide, unburned hydrocarbons, and soot. The flame structure is modified by introducing an acoustic field in the process, and the flame has its color changed from yellowish, with a high formation of soot, to bluish. This bluish color of the flame is a feature of premixed flames. The main focus of this work is to use acoustic field in order to promote a homogeneous mixture between oxidant and natural gas under extremely lean conditions, thereby trying to conciliate low emissions of both incomplete combustion products and NOx. Besides, a preliminary study was carried out in order to figure out how combustion instabilities could affect the combustion process. It was verified that combustion instability occurrence is strongly influenced by energy availability and flame velocity. Moreover, when considering pollutant emissions, it was noticed that when the maximum acoustic velocity overcame the flow velocity, there was inversion of pollutant emission behavior due to flow reversibility and deceleration. Therefore, acoustic displacement is the most important parameter to understand and control pollutant emissions. Furthermore, at some conditions, especially at low frequency, it was possible to reduce partial combustion product emissions without prompting NOx formation. .

Orientador: Waldir Antônio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T17:06:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernandes_Renato_M.pdf: 7631607 bytes, checksum: 14334de2da1bd698c87a4fd0efbed3f4 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os queimadores a jato são caracterizados pela elevada quantidade de movimento na direção axial e elevada potência, estes queimadores são muito empregados em fornos rotativos, principalmente na indústria do cimento e da calcinação. O projeto de queimadores a jato é realizado usualmente aproximando o escoamento de ar primário no queimador por um modelo de escoamento compressível isentrópico em um bocal, esta aproximação leva a elevada divergência entre o projeto e a performance do equipamento em operação. Nesta tese foram desenvolvidos e empregados modelos de escoamento compressível com atrito, troca de calor e variação de área de seção para o escoamento do ar primário no interior do queimador, esta modelagem permite integrar todo o projeto do queimador desde a especificação de motores, sopradores, simulação da rede de tubos que compõe queimador, incluindo o manifold, válvulas de controle, placas de orifício, mangotes etc, inclusive relacionando o escoamento do ar primário com o jato formado pelo queimador através do emprego e também do desenvolvimento de índices aerodinâmicos que representem o jato. Os pontos de inovação incluem além da modelagem proposta também o desenvolvimento de modelo para escoamento em swirlers, aplicação da lei de Crocco em escoamentos com mudança súbita de área de seção, aplicação de modelos de entrainment etc. A modelagem matemática proposta foi empregada no desenvolvimento de um sistema computacional na qual foi usado para simular diversos queimadores em escala industrial, e as simulações obtidas foram comparadas com as medições de campo realizadas nos queimadores. Os resultados das simulações foram muito representativos com divergências de no máximo 5,0 % entre as propriedades do escoamento simuladas com as propriedades mensuradas, por exemplo, pressão, temperatura, vazão etc / Abstract: Jet burners are characterized by their high power and their high momentum in the axis direction. For that reason, these burners are widely used in rotary kilns, especially in the cement and calcination industry. The project of jet burners is based on the approximation of the primary air flow in the burner, through the development of an isentropic compressible flow model for one nozzle. This approximation leads to high differences between the project and the actual performance of the equipment. For the purposes of this thesis, models of compressible flow with friction, heat exchange and variable cross section area for primary air flow inside the burner were developed and applied. The application of these models makes possible the integration of the whole burner project, i.e. specification of motors, blowers, and the simulation of the burner's tubing system, which comprises manifold, control valves, orifices flow meters, hoses, etc. These models also provides means to relate the primary air flow to the jet formed by the burner, through the application and development of aerodynamic indexes that represent the jet. Besides proposed modeling techniques, innovations in this thesis include the development of a model for representing flow in swirlers, an application of the Crocco law for flow through sudden changing cross sections, application of entrainment models, etc. Mathematical modeling was applied in the development of a computational system, which was used to simulate diverse industrial burners. Resulting simulations were compared with measures taken from actual burners. Results obtained were highly representative, showing a variance of 5.0% at the most between simulated flow properties and measured properties, i.e. pressure, temperature, flow rate, etc / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Combustion instability problems have been experienced during nearly every rocket engine development program, characterized by chamber pressure oscillations and high density of energy release in a volume having relatively low losses. Several distinct types of instability and their physical manifestations have been observed, although the frequency and amplitude of these oscillations and their external manifestations normally vary with the type of instability. The most destructive type of instability is referred to as high frequency instability, resonant combustion or acoustic instability, which is usually eliminated by use of passive control, involving installation of baffles, resonators, or some other modification of geometry. The main purpose of this work is the experimental investigation of use of passive control devices (Helmholtz resonators and baffles) to control acoustic instabilities in combustion chambers, because this type of instability occurs in liquid rocket engines, rocket motors and industrial burners. The first step of this research is the acoustic characterization of chamber, thus cold tests were carried out on full-scale chamber model to analyze the effects of resonators. Experimental frequency spectrum data are in excellent agreement with resonant frequencies and damping rate calculated by theoretical model, demonstrating resonators efficiency to reduce the amplitude of Sound Pressure Level at given resonant frequency. Afterwards, hot tests were carried out on burner with and without resonators, identifying the frequency spectrum of acoustic pressure in chamber, which was compared with cold tests (full-scale model) results and theory by correction factors of temperature, density, and viscosity. The experimental data validated the methodology to design resonators useable to control combustion instabilities.

As propriedades de combustão em regime laminar são de fundamental importância para analisar e prever a o desempenho de motores de combustão interna, auxiliando na análise de processos fundamentais e melhorias de projetos, porém faz-se necessário ampliar os conhecimentos das características da combustão dos gases. Por exemplo, a velocidade de chama laminar, SL, é geralmente uma destas características analisadas, por possuir impacto significativo no tamanho e na estabilidade dos combustores. O objetivo deste trabalho é avaliar experimentalmente as estruturas de chamas ancoradas parcialmente pré-misturadas. São avaliadas as velocidades de chama laminar da mistura gás natural/ar e sua dependência com a razão de equivalência, em condição rica e regime laminar. Diferentes metodologias são empregadas para o cálculo da velocidade de chama laminar baseadas nos métodos da área e do ângulo de chama, utilizando as técnicas ópticas fluorescência induzida por laser no plano (Planar Laser Induced Fluorescence - PLIF na língua inglesa) do radical OH, quimiluminescência dos radicais OH e CH e utilizando velocidades do escoamento obtidas pela técnica de velocimetria por imagem de partículas (Particle Image Velocimetry - PIV na língua inglesa). Os resultados indicaram que a velocidade de chama laminar determinada através do método da área da chama, utilizando os parâmetros obtidos através das técnicas PLIF-OH* e Emissão-OH* apresentaram os melhores resultados, sendo então selecionadas como metodologias para aplicação em trabalhos futuros, que utilizarão biogases e combustíveis líquidos após processo de vaporização, como etanol e biodiesel, entre outros.

Resumo: Este trabalho tem a finalidade de investigar a incineração de resíduos sólidos na presença de ondas acústicas para incrementar o processo de combustão. Para tanto foi projetado e construído um forno rotativo para incineração de resíduo sólido industrial. Um combustor do tipo sintonizável foi desenvolvido e acoplado ao forno rotativo para indução de oscilações acústicas, além de outros acessórios utilizados no processo de combustão (alimentador de resíduos, ejetor, sonda para análise de gases). Os resultados obtidos mostram que a presença do campo acústico melhora o processo de combustão. Estes resultados foram avaliados principalmente através da análise de gases de combustão, permitindo uma redução da quantidade de combustível utilizado. / Abstract: This work has the objective of investigating the incineration of solid wastes with acoustics oscillations to improve the combustion process. A rotary kiln was designed and built for the research. A tunable combustor was developed and connected to the rotary kiln for induction of the acoustics oscillations. Accessories were also built and used in the combustion process (feeder of waste, air ejector, probe for gas analysis). The results show that the presence of the acoustic field improves the combustion process. These results had been evaluated mainly through the analysis of gas combustion, allowing a reduction of the amount of used fuel. / Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientador: Galdenoro Botura Júnior / Banca: Marco Aurélio Ferreira / Banca: Cristiane Aparecida Martins Andraus / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Luiz Roberto Carrocci / Doutor

Orientador: José Anchieta Gomes Neto / Coorientador: Adriana Paiva de Oliveira / Banca: Márcia Andreia Mesquita Silva da Veiga / Banca: Gian Paulo Giovanni Freschi / Resumo: Este trabalho descreve estratégias instrumentais para a determinação de Mn em amplo intervalo de concentração por espectrometria absorção atômica em chama com fonte contínua e de alta resolução (HR-CS FAAS), por meio do uso de diferentes linhas atômicas (principal, secundária, alternativa ou o ajuste do arranjo instrumental) desde que seus intervalos de concentração se completem, sem a necessidade de amplas diluições da amostra. O método proposto foi aplicado as amostras de água de abastecimento, fertilizante foliar, poli vitamínico e material certificado de ligas metálicas. A exaltidão e precisão foram avaliadas por testes de significância (t de student e t - pareado), adição e recuperação, e materiais de referência do Instituto de Pesquisa Tecnológica do Estado de São Paulo, e os resultados foram concordantes ao nível de 95% de confiança em sua grande maioria. Obteve-se curvas analíticas nos intervalos 0,1-2 mg L-1 (279,482 nm), 2-25 mg L-1 (403,075 nm), 25-500 mg L-1 (209,250 nm ou 403,075 nm com queimador a 90 graus), com coeficiente de correlação linear melhor do que 0,9936 em ambas as técnicas (utilizou a espectrometria de absorção atômica em chama com fonte de linhas - LS FAAS - como técnica comparativa). Os limites de detecção para a HR-CS FAAS foram 1,1x10-3 mg L-1 (279,482 nm), 9,8 x 10-3 mg L-1 (403,075 nm), 1,7 mg L-1 (209,250 nm), 7,3x10-2 mg L-1 (403,075 nm com queimador a 90 graus), e para a LS FAAS foram 1,0x10-2 mg L-1, 0,10 mg L-1, 24,8 mg L-1, 7,0 mg L-1, respectivamente. Em HR-CS FAAS, o RSD% variou 0,9 a 1,3, enquanto para a LS FAAS variou 1,1 a 11,8%. As concentrações encontradas pela HR-CS FAAS foram: < 1,1x10-3 mg L-1 (água de abastecimento)... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This paper describes instrumental strategies for the determination of Mn in a wide range concentration by high-resolution continuum source flame atomic absorption spectrometry technique (HR-CS FAAS) by means of different atomic lines (primary, secondary, alternative or adjusting the instrumental arrangement) provided that their concentration intervals complete one another, without need for large sample dilutions. The proposed method was applied to water, foliar fertilizer, poly vitamin and metal alloys certified materials. Accuracy and precision were evaluated by tests of significance (Student's t test and paired - t test), addition and recovery, and reference materials from the Institute of Technological Research of São Paulo. Analytical curves in the intervals 0.1-2 mg L-1 (279.482 nm), 2-25 mg L-1 (403.075 nm), 25-500 mg L-1 (209.250 nm or 403.075 nm burner 90 degrees) were obtained with linear correlation coefficient better than 0.9936. Line source flame atomic absorption spectrometry (LS FAAS) were used as a comparative technique. The detection limits HR-CS FAAS were 1.1x10-3 mg L-1 (279.482 nm), 9.8 x 10-3 mg L-1 (403.075 nm), 1.7 mg L-1 (209.250 nm), 7.3x10-2 mg L-1 (403.075 nm burner 90 degrees). And by LS FAAS were 1.0x10-2 mg L-1, 0.10 mg L-1, 24.8 mg L-1, 7.0 mg L-1 respectively. In HR-CS FAAS, the RSD ranged from 0.9 to 1.3%, while for LS FAAS from 1.1 to 11.8%. The Mn concentrations found by HR-CS FAAS were < 1.1x10-3 mg L-1 (water supply), 4728 ± 62 mg L-1 (foliar fertilizer), 3.65 ± 2 mg g-1 (poly vitamin), 0.709 ± 0.116 mg L-1 (Alloy 14A), 0.998 ± 0.042 mg L-1 (alloy 25). For LS FAAS, the concentrations wer... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre