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.

The purpose of this work is to develop a preliminary Rotor Burst analysis with focus on system's location. The work addresses design precautions to minimize the hazards to the airplane in the event of uncontained engine rotor failures. Advisory Circular (AC) 20-128A is used as guideline since it is considered an acceptable means of compliance with requirement FAR/JAR/RBHA 25.903(d)(1). The dissertation is applied to a 30-seat commercial regional jet aircraft developed in the context of the EMBRAER Engineering Specialization Program (PEE).

Foi desenvolvido um modelo termodinâmico do motor, implementado em um computador PC, para se avaliar, via simulação numérica, o potencial básico do motor dois tempos com válvulas somente no cabeçote, superalimentado por um turboalimentador com turbina de geometria variável e com assistência do cárter. O motor analisado exibiu excelente desempenho em cargas altas. Em cargas baixas, possivelmente, pequenas alterações nas configurações propostas poderão produzir os resultados positivos desejados.

O rápido desenvolvimento mundial cria uma demanda crescente por energia em várias aplicações, como nas áreas de transportes e industrial. Para suprir essa demanda de energia e estar de acordo com requisitos da legislação, dispositivos de geração de energia estão se tornando mais eficientes. A evolução recentemente alcançada nesses dispositivos, tais como turbinas a gás, aumenta substancialmente as possibilidades de se utilizar esses motores para atender a essa demanda. O aumento na eficiência e a evolução das técnicas de fabricação, como novos materiais e ferramentas mais precisas, são alguns dos fatores que diretamente contribuem para essa situação. Uma turbina a gás de sucesso, entre outros fatores, é aquela que pode ser utilizada em diferentes aplicações sofrendo as menores mudanças possíveis. Esse fato representa uma redução de custos e afeta diretamente a viabilidade de um projeto e as suas chances de sucesso em um mercado mais e mais competitivo. Dentro desse cenário, este trabalho traz uma etapa do desenvolvimento de uma turbina a gás competitiva. Na primeira fase, foi realizado o projeto de uma pequena turbina a gás do tipo turbojato, na faixa de 5 kN de empuxo. Nesta segunda fase, esse turbojato será modificado de forma a incorporar uma turbina de potência com o objetivo primário de fornecer potência de eixo. Este trabalho descreve o desenvolvimento dessa turbina, cobrindo a concepção do ciclo termodinâmico, o projeto preliminar 1D e 2D, a geração dos perfis e a análise com técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (DFC).

Gas turbines are generally designed to operate with a specific fuel type. Power plants usually use gas turbine models which operate with natural gas, but there is the possibility of using other kinds of gaseous fuels. In some instances, a fuel of a different calorific value may be available near the power plant site, making the use of the fuel of interest to the plant owner. These fuels can be gases obtained from steel (from blast furnaces and coking plants), from gasification processes of coal or biomass, among others. In this work, a performance analysis on a gas turbine, which was originally designed to run on natural gas, was carried out after changing to lower calorific value fuels. For the purpose of this study, a well known gas turbine performance calculation program was used named GasTurb11. A gas turbine model was created and calculated at design point. This model was defined as the reference gas turbine. Off-design performance studies were done to adjust the reference gas turbine with data from the chosen gas turbine. A good agreement was obtained between the results of the model operating with natural gas at off-design point and the data available from literature for the reference gas turbine. After the validation process, further performance tests were conducted while changing the fuel calculation value. A reduction in the compressor';s surge margin was identified when using the fuels studied. Two strategies are adopted in order to study the effects of the surge margin: the first by extracting a portion of the air at the compressor exit in order to recover the surge margin, and the second strategy was to establish a fixed value for the surge margin. These control strategies proved to be technically feasible and ensured that the gas turbine operated safely at off-design point.

O gás natural vem ganhando espaço na matriz energética mundial, com crescente participação no setor de transportes. Sua utilização em motores de combustão interna traz vantagens quanto à emissão de gases nocivos e à redução do nível de ruído, em comparação ao combustível diesel. Tradicionalmente, o gás é injetado no coletor de admissão, porém existem pesquisas e até mesmo aplicações comerciais de sistemas com injeção direta de combustível gasoso na câmara de combustão. Entre os ganhos potenciais da injeção direta destacam-se o desempenho (pela elevação da eficiência volumétrica do motor) e a possibilidade de estratificação da mistura, que permite reduzir as perdas por bombeamento em cargas parciais. Este trabalho explora as características de um sistema de injeção direta de gás natural para o regime de máxima potência de um motor monocilíndrico de pesquisa de ignição por centelha (ciclo Otto) em avanço ótimo, até o surgimento de detonação leve. São comparados os parâmetros de desempenho, combustão e emissões para diferentes níveis de diluição por ar, na velocidade de 1800 rotações por minuto e com razão volumétrica de compressão constante (13:1). Foram medidas pressões médias efetivas indicadas de 1,15, 1,30 e 1,55 MPa para fatores lambda de 1,00, 1,30 e 1,50 e eficiências indicadas de conversão de energia de 41, 44 e 45% respectivamente. As várias estratégias de injeção estudadas produziram diferentes efeitos no processo de combustão, porém com pouca influência sobre a eficiência de conversão. Observou-se uma pequena tendência de aumento da eficiência volumétrica (cerca de 1%) quando o início da injeção é atrasado em 40 do virabrequim com relação aos casos de referência. Deficiências no processo de homogeneização da mistura para operação em plena carga foram evidenciadas pelo aumento da emissão de CO em regiões próximas à estequiometria, indicando que este sistema de injeção pode estar subdimensionado para esta aplicação.

Este trabalho investiga os principais mecanismos de degradação de desempenho e propõe uma metodologia de prognóstico de falhas nos compressores e turbinas de turbinas a gás estacionárias. Esta metodologia analisa a história de desempenho do equipamento, com foco na previsão dos parâmetros de desempenho no futuro. Assim, é possível otimizar as intervenções de manutenção com base na condição real desses componentes. A metodologia utiliza grupos quase adimensionais para corrigir os parâmetros da turbina a gás medidos em campo para uma condição ambiente de referência. Após esta correção, um conjunto de equações é utilizado para calcular a eficiência térmica global da turbina a gás, vazão de ar de admissão e eficiências politrópicas de compressores e turbinas. Em seguida, são calculados os desvios entre o desempenho da turbina a gás em campo e o estimado para a turbina a gás nova e limpa operando na mesma potência e condição ambiente. A repetição desse cálculo ao longo da história operacional da turbina a gás permite a obtenção de curvas que descrevem o comportamento médio dos parâmetros de desempenho no passado e a extrapolação dessas curvas permite estimar os valores que serão observados no futuro. Um estudo de caso foi desenvolvido para validar a metodologia através de sua aplicação em uma turbina a gás real. O equipamento analisado é do tipo aeroderivado e está instalado em uma plataforma de petróleo localizada na Bacia de Campos no litoral brasileiro. Os resultados mostram que, baseado nas informações dos instrumentos de medição da turbina a gás, é possível identificar e quantificar a ação de mecanismos de degradação de desempenho nos compressores e turbinas. Na turbina a gás analisada é possível observar que os sais dissolvidos na umidade do ar em atmosfera marítima aceleram a formação de depósitos na turbina a gás, o que resulta na degradação de desempenho. Outro mecanismo de degradação observado é a corrosão a quente nas turbinas do gerador de gases, fenômeno que ocorre pela reação química desses sais com o enxofre dos combustíveis. Este estudo revelou que o ataque corrosivo na turbina foi mais severo no período em que o equipamento operou com óleo diesel. Por último, a metodologia estimou os valores futuros de degradação média dos parâmetros de desempenho da turbina a gás. A análise dessa informação pela equipe de operação e manutenção para a definição do momento mais apropriado para a realização das intervenções de manutenção também depende de outras informações que não fazem parte do escopo deste trabalho.

As vantagens do motor foguete híbrido, tais como segurança, controle do empuxo, baixo custo de investimento e simplicidade de construção, são amplamente conhecidas. No entanto, ineficiências de combustão e principalmente baixas taxas de regressão ainda representam grandes desvantagens no seu emprego como sistema de propulsão aeroespacial. Desta forma, uma série de testes de escala laboratorial deve ser feita com o objetivo de investigar maneiras de aumentar o desempenho e, assim, o custo-benefício, de maneira a permitir o amplo uso desta tecnologia. O objetivo deste trabalho foi investigar o aumento da taxa de regressão do combustível sólido, e da eficiência de combustão, decorrente do método rotacional de injeção de oxidante, no caso o oxigênio gasoso (GOX). Esta pesquisa teve início com o desenvolvimento de um protótipo de motor foguete com tecnologia híbrida, levando em consideração a decomposição térmica do combustível sólido empregado, simulações termoquímicas e o projeto geométrico do motor. Em seguida, numa parceria com a indústria, foram realizados ensaios de ponto fixo com o propósito de avaliar os parâmetros balísticos do motor sob diversas condições de operação e diferentes tipos de injetores de GOX. Um número de oito ensaios foi realizado com cada um dos três injetores. Os resultados de empuxo, pressão e taxa de regressão foram analisados. Conforme esperado através da análise da literatura, a utilização de injeção rotacional foi responsável pela modificação do padrão de queima, pela melhora da eficiência de combustão e por um aumento significativo na taxa de regressão.

O trabalho apresenta uma análise experimental da distirbuição do tamanho das gotas do spray, gerado pelos injetores de um motor de combustão interna, através da técnica interferométrica a laser com o equipamento Malvern Mastersizer. Foi utilizado um motor diesel com gerenciamento eletrônico da injeção, do qual se derivou um dos tubos de alta pressão para alimentar o conjunto porta-injetor de teste, montado em uma câmara pressurizada com gás inerte, provida de janelas transparentes. A montagem permite o funcionamento autônomo do motor sobre uma base móvel, montada junto a um pórtico no qual o equipamento Malvern Mastersizer foi instalado, de maneira que a câmara fique posicionada na área de amostragem do equipamento, entre o emissor e o receptor do feixe de laser. Com o motor funcionando em regime de marcha lenta, com pressões de injeção da ordem de 280 . 105 Pa, é acionado o comando de uma das unidades injetoras, que assim promove a injeção na câmara de teste. Simultaneamente é iniciada a medição com o equipamento Malvern, que fornece a distribuição volumétrica contínua do tamanho das gotas. É feita também uma análise teórica do spray dos injetores, através de uma função simples de distribuição do tamanho de gotas derivada da aplicação do Princípio da Máxima Entropia, considerando a normalização da função distribuição de probabilidade e o princípio da conservação de massa. O método experimental mostrou-se satisfatoriamente apropriado para a análise dos injetores. A ferramenta teórica, apesar de não ser diretamente comparável com o método experimental, mostrou-se capaz de definir apenas o pico máximo da distribuição do tamanho de gotas do spray.

O aumento da demanda de energia elétrica no Brasil e frequentes interrupções em seu fornecimento incentivaram o crescimento do número de grupos motogeradores na indústria e comércio. A cidade de São Paulo estabeleceu um decreto para que estes equipamentos utilizem combustíveis menos poluentes do que o óleo Diesel, ou adotem sistemas de pós-tratamento de gases, uma vez que não há uma regulamentação nacional para emissões de grupos motogeradores. A disponibilidade de etanol no país e sua consolidação no mercado automotivo o tornam uma alternativa para uso em grupos motogeradores. Este trabalho tem como objetivo caracterizar o desempenho de um motor pesado que opera segundo o ciclo Otto. O mesmo foi desenvolvido para trabalhar com diesel, tem capacidade de 12 litros e foi convertido para operar com etanol sem aditivos, em um motogerador protótipo. O motor estudado foi avaliado em três diferentes altitudes. Um banco de resistências foi utilizado para simular a carga elétrica real em cinco faixas de potência. As características de desempenho obtidas experimentalmente foram comparadas com resultados de um modelo unidimensional utilizando o programa computacional GT-Power. O motor atingiu 39,6% de eficiência em 1.763RPM com pico de potência de 326kW. A potência elétrica máxima atingida pelo motogerador foi de 302kW ao nível do mar e 278kW em altitude aproximada de 1.640m, de acordo com a metodologia utilizada. Os resultados obtidos mostraram a viabilidade do uso do etanol sem aditivos para a geração de energia em substituição ao óleo Diesel em motores pesados, na condição operacional avaliada de regime permanente.