Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-05-29T13:10:35Z No. of bitstreams: 1 arquivototal (2).pdf: 3963995 bytes, checksum: d7eb412b31e9a53a552ec94b62e5293f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-29T13:10:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal (2).pdf: 3963995 bytes, checksum: d7eb412b31e9a53a552ec94b62e5293f (MD5) Previous issue date: 2016-08-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In search for greater energy efficiency there is the application of new technologies and renewable fuels. Due to the expected shortage of oil coupled with environmental awareness, has high potential research for new energy sources and more efficient combustion processes and less polluting. Among the less polluting fuels is natural gas that has an increased consumption year on year. This paper analyzes the injection of compressed natural gas (CNG) in an internal combustion engine compression ignition, evaluating the pollutant emissions, opacity and performance. The engine under study, the energy comes from the combustion of natural gas and biodiesel, where biodiesel serves to ignite the natural gas, being possible to replace up to 80% of biodiesel injection. Thus, there is a partial substitution of biodiesel natural gas in order to increase the combustion efficiency. Engine MWM 4:07 TEC has developed an electronic injection system adapted to reduce the biodiesel injection time per cycle and compensate with CNG injection. Based on a survey of injected cycle mass flow to calculate the energy value equivalent to reducing biodiesel injection proportions to compensate with CNG injection. There was a reduction in the torque according to the increase of the proportion of biodiesel in the diesel fuel and a higher specific consumption with the use of B7 fuel (7% biodiesel). It has been found the need for injection of a larger amount of mass CNG instead of B7 fuel. Regarding the emission of pollutants in the exhaust measured at a range of engine working speed smaller carbon monoxide level (CO), carbon dioxide (CO2), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx) were checked respectively in the application of B7 fuels, B20, B50 and B50. The lowest levels of opacity were investigated in tests using the B10 fuel. / Em busca por maior eficiência energética há a aplicação de novas tecnologias e combustíveis renováveis. Devido a previsível escassez de petróleo aliada a uma consciência ambiental, tem-se elevado potencialmente pesquisas por novas fontes de energia e processos de combustão mais eficientes e menos poluentes. Entre os combustíveis menos poluentes está o gás natural, que tem um consumo aumentado ano a ano. O presente trabalho analisa a injeção de gás natural veicular (GNV) em um motor de combustão interna de ignição por compressão, avaliando os níveis de emissões de poluentes, opacidade e o rendimento. No motor em estudo, a energia provém da combustão do gás natural e do biodiesel, onde o biodiesel tem a função de produzir a ignição do gás natural, sendo possível a substituição de até 80% da injeção do biodiesel. Assim, haverá uma substituição parcial de biodiesel por gás natural, a fim de aumentar o rendimento da combustão. No motor MWM 4.07 TCE foi desenvolvido um sistema de injeção eletrônico adaptado para reduzir o tempo de injeção do biodiesel por ciclo e compensar com injeção de GNV. Baseando-se em um levantamento do fluxo de massa injetada por ciclo para calcular o valor energético equivalente a redução das proporções de injeção de biodiesel a compensar com injeção de GNV. Houve um redução do torque de acordo com o aumento da proporção de biodiesel no óleo diesel e um maior consumo específico com a utilização do combustível B7 (7% de biodiesel). Foi constatada a necessidade de injeção de maior quantidade de massa de GNV em substituição do combustível B7. Em relação as emissões de gases poluentes na exaustão medidos na faixa de rotação de trabalho do motor os menores níveis de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogênio (NOx), foram verificados respectivamente na aplicação dos combustíveis B7, B20, B50 e B50. Os menores níveis de opacidade foram averiguados em testes com utilização do combustível B10.

Orientador: Newton Cesario Frateschi / Tese (doutorado) - Universidade Estaual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T21:02:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vallini_Felipe_D.pdf: 6501837 bytes, checksum: 9c23f9afa5633adc0e7fa246e3bcafc5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste trabalho são investigados os nanolasers de semicondutor do tipo metálico-dielétrico com injeção eletrônica. Com o uso de softwares robustos otimizamos as propriedades eletromagnéticas das cavidades propostas através da solução das equações de Maxwell em um meio material. Também resolvemos auto-consistentemente as equações de Poisson, de continuidade, de transporte e de Schroedinger para obter as propriedades eletrônicas da cavidade. Tal otimização, considerando a parte de confinamento do modo em conjunto com a parte da injeção eletrônica nunca havia sido proposta ou realizada para nanolasers. Estudamos o efeito do meio de ganho em um nanolaser desse tipo através da comparação do desempenho de um nanolaser com meio de ganho bulk e outro com meio de ganho de múltiplos poços quânticos. Essa análise foi feita inserindo um modelo de reservatório de portadores às equações de taxa convencionais para nanolasers. Fabricamos dois nanolasers, um com cada meio de ganho. Os nanolasers foram caracterizados e demonstramos que um meio de ganho bulk é mais adequado ao desenvolvimento de nanolasers de semicondutor metálico-dielétrico com bombeio eletrônico. Por fim, medimos um nanolaser com meio de ganho bulk a 77 K, o qual apresentou uma corrente de limiar da ordem de 2 mA, emissão em 1567 nm e largura de linha de 0.4 nm / Abstract: In this work we have investigated metallo-dielectric semiconductor nanolasers with electronic pumping. We have optimized the electromagnetic properties of the proposed cavities through the solution of Maxwell equations in a material media using robust software. We also solved self-consistently Poisson, continuity, transport and Schrodinger equations to obtain the electronic properties of the cavities. Such optimization, which considers the optical mode confinement together with the electronic injection, had not been proposed or realized for nanolasers yet. We have studied the effect of the gain media in this class of nanolaser comparing the performance of a nanolaser with bulk gain media and a nanolaser with multiple quantum wells gain media. This analysis was done inserting a reservoir model for carriers into conventional laser rate equations. We have fabricated two nanolasers, each one with one of the proposed gain media. The nanolasers were measured and we demonstrated that a bulk gain media is more suitable for the development of metallo-dielectric semiconductor nanolasers with electronic pumping. Finally, we have measured a bulk gain media nanolaser at 77 K, with a threshold current of 2 mA, emission at 1567 nm and a linewidth of 0.4 nm / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Este trabalho apresenta um módulo sensor de pressão absoluta do duto de admissão (MAP) para aplicações automotivas desenvolvido em substrato cerâmico LTCC. Em um veículo com sistema de injeção eletrônica de combustível, o sensor MAP informa a unidade de controle do motor sobre a pressão no duto de admissão permitindo o cálculo da vazão de ar e o ajuste da injeção de combustível. O sensor desenvolvido possui circuitos eletrônicos para a aquisição de sinais analógicos e digitais, realiza o condicionamento de sinal, a calibração e compensação de temperatura através de processamento digital, que permitem a indicação de pressões de 0 a 100kPa na faixa de temperaturas de -40 a +125ºC. Utilizou-se um elemento sensor de pressão piezorresistivo com membrana micro fabricada em silício e um sensor resistivo de temperatura. São apresentadas: a topologia do circuito, a construção, caracterização e testes. O protótipo apresenta precisão melhor do que 1,5% FE em pressão e 0,5% em temperatura. O teste de diferentes sensores de pressão e diferentes funções de transferência é facilmente realizado através de um circuito versátil que permite a alteração via programa. A montagem em cerâmica LTCC é realizada e é desenvolvida uma técnica de montagem do sensor de pressão MEMS em flip-chip, com excelentes resultados. Finalmente, é apresentado o teste em operação real em um veículo. / This paper presents a manifold absolute pressure (MAP) sensor module developed on LTCC substrate. In electronic fuel injection systems, a MAP sensor measures the vacuum at the engine intake manifold, allowing the electronic control unit to calculate mass flow and control the fuel injection. The sensor developed is composed by electronic circuits for analog signal acquisition and generation, digital signal processing and features software calibration and temperature-compensated pressure indications from 0 to 100kPa in the -40 to +125ºC temperature range. It is presented the assembly of a MEMS silicon pressure sensor and a thermistor on ceramic substrate and also the circuit topology, construction, characterization and tests. The prototype exhibits full scale accuracy better than 1.5% for pressure and 0.5% for temperature measurements. Tests are easily performed with different pressure sensors and different transfer functions due to a versatile circuit which enables software updates. The assembly on LTCC ceramic substrate is performed and an innovative flip-chip assembly technique is developed for MEMS pressure sensors, with excellent results. Finally, it is presented the test on a real vehicle.

Este trabalho apresenta um módulo sensor de pressão absoluta do duto de admissão (MAP) para aplicações automotivas desenvolvido em substrato cerâmico LTCC. Em um veículo com sistema de injeção eletrônica de combustível, o sensor MAP informa a unidade de controle do motor sobre a pressão no duto de admissão permitindo o cálculo da vazão de ar e o ajuste da injeção de combustível. O sensor desenvolvido possui circuitos eletrônicos para a aquisição de sinais analógicos e digitais, realiza o condicionamento de sinal, a calibração e compensação de temperatura através de processamento digital, que permitem a indicação de pressões de 0 a 100kPa na faixa de temperaturas de -40 a +125ºC. Utilizou-se um elemento sensor de pressão piezorresistivo com membrana micro fabricada em silício e um sensor resistivo de temperatura. São apresentadas: a topologia do circuito, a construção, caracterização e testes. O protótipo apresenta precisão melhor do que 1,5% FE em pressão e 0,5% em temperatura. O teste de diferentes sensores de pressão e diferentes funções de transferência é facilmente realizado através de um circuito versátil que permite a alteração via programa. A montagem em cerâmica LTCC é realizada e é desenvolvida uma técnica de montagem do sensor de pressão MEMS em flip-chip, com excelentes resultados. Finalmente, é apresentado o teste em operação real em um veículo. / This paper presents a manifold absolute pressure (MAP) sensor module developed on LTCC substrate. In electronic fuel injection systems, a MAP sensor measures the vacuum at the engine intake manifold, allowing the electronic control unit to calculate mass flow and control the fuel injection. The sensor developed is composed by electronic circuits for analog signal acquisition and generation, digital signal processing and features software calibration and temperature-compensated pressure indications from 0 to 100kPa in the -40 to +125ºC temperature range. It is presented the assembly of a MEMS silicon pressure sensor and a thermistor on ceramic substrate and also the circuit topology, construction, characterization and tests. The prototype exhibits full scale accuracy better than 1.5% for pressure and 0.5% for temperature measurements. Tests are easily performed with different pressure sensors and different transfer functions due to a versatile circuit which enables software updates. The assembly on LTCC ceramic substrate is performed and an innovative flip-chip assembly technique is developed for MEMS pressure sensors, with excellent results. Finally, it is presented the test on a real vehicle.

A foreseeable shortage of petroleum, associated to a growing ecological conscience, demand for alternative sources of energy and more efficient and less pollutant combustion processes. Among the few pollutant fuels this work approaches the combination of natural gas, whose consumption has been increasing year to year, and diesel. It is known that the internal combustion engines convert energy with low efficiency. Based on that, this work evaluates a bi-fuel Diesel engine, power by Diesel and natural gas as means of improving its efficiency. In the engine used as a prototype, the main energy comes from the combustion of natural gas. Being the gas the main fuel, the Diesel is used only to generate the pilot explosion for the combustion process. In this way, the diesel oil is partially substituted by natural gas, increasing the combustion efficiency. Initially it was made a study on the use of the natural gas in Diesel engine through a bibliographical revision. Therefore after, they were certain the parameters that should be monitored to develop an appropriate controller. It was verified that should be appraised the engine rotation and the injection angle. The performance aimed for the action of the loop control should be the rotation of the engine. The more appropriate control techniques were investigated for the management of the natural gas injection. When analyzing the traditional techniques it observed that they present some disadvantages as the mathematical complexity, difficulties in adapt the motor to the everchanging conditions of the motor with time/temperature, limitations in the grade of controller performance and complications for practical implementation on the part of non-specialized operators. To optimize the volume of natural gas supplied to the engine an electronic manager was developed for injection of this fuel. This electronic controller is based on an adaptive fuzzy algorithm to regulate the rate of injection of fuel, which was implemented through a microcontroller. The electronic injection system controls the timing of fuel injection, so managing the volume of gas supplied to each injection cycle. The injection angle is also accurately monitored by the control system. This topology, with few alterations, can be used in any Diesel engine operating in the bifuel mode. Results of this dissertation should contribute to increase the efficiency of Diesel engine as well as reduce the consumption of fuel and emission of pollutants. / Uma previsível escassez de petróleo, aliada a uma crescente consciência ecológica, tem levado pesquisadores a procurar fontes alternativas de energia e processos de combustão mais eficientes e menos poluentes. Entre os combustíveis pouco poluentes este trabalho aborda o uso do gás natural, cujo consumo tem aumentado ano a ano. É sabido que os motores de combustão interna convertem energia com baixa eficiência. Com base nisto, este trabalho avalia um motor Diesel, bi-combustível, movido a Diesel e gás natural como forma de encontrar meios de melhorar sua eficiência. No motor usado como protótipo, nessa dissertação a energia origina-se da combustão do gás natural. Sendo o gás o combustível principal, o Diesel presta-se apenas à geração da chama piloto para o processo de combustão. Assim, substitui-se parcialmente o óleo Diesel por gás natural, aumentando o rendimento da combustão. Inicialmente procurou-se estudar o uso do gás natural em motores Diesel através de uma revisão bibliográfica. Em seguida, determinaram-se quais os parâmetros que seriam monitorados a fim de se desenvolver um controlador adequado. Verificou-se que deveriam ser avaliados a rotação do motor e o ângulo de injeção. A performance almejada para a ação da malha de controle deve ser a rotação do motor. Investigaram-se as técnicas de controle mais apropriadas para o gerenciamento da injeção de gás natural. Ao se analisarem as técnicas tradicionais observou-se que estas apresentam algumas desvantagens como a complexidade matemática, limitações na faixa de atuação do controlador, dificuldades de adaptação às condições do motor sempre variáveis com o tempo/temperatura e complicações para implementação prática por parte de operadores não-especializados. Para otimizar o volume de gás natural fornecido ao motor foi desenvolvido um gerenciador eletrônico para injeção deste combustível. Este controlador eletrônico baseia-se em um algoritmo nebuloso para regular a taxa de injeção de combustível implementado através de um microcontrolador. O sistema de injeção eletrônica controla o tempo de injeção do combustível, gerenciando assim o volume de gás fornecido a cada ciclo de injeção. O ângulo de injeção, também monitorado com precisão pelo sistema, é sincronizado com o eixo de comando de válvulas e, tomando-se como referência de posição angular o ponto morto superior do primeiro cilindro. Com poucas alterações, esta topologia, pode ser usada em qualquer motor Diesel que opere no regime bi-combustível. Os resultados desta dissertação devem contribuir para o aumento da eficiência do motor bem como redução do consumo de combustível e emissão de poluentes.

Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Resumo: Resumo / Abstract: Abstract / Doutor