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.

Hoy en día, la industria de maquinaria pesada ha desarrollado una mejora en la tecnología de sus motores; antes se tenía motores con accionamiento solo mecánico pero las diversas normas sobre el cuidado del medio ambiente y el uso efectivo de los combustibles han obligado a empresas como Caterpillar a desarrollar motores con controles electrónicos que permitan cumplir con tales normas. En tal sentido, se requiere capacitar al personal técnico mecánico en electrónica básica, lectura de planos electrónicos; entre otros, para luego brindar el servicio de mantenimiento a la maquinaria pesada. El objetivo del trabajo de tesis es el diseño e implementación de un sistema simulador de sensores para fines de entrenamiento de personal técnico mecánico. El método desarrollado para implementar el sistema consiste en un estudio sobre el funcionamiento de los sensores del sistema electrónico, el desarrollo de circuitos de acondicionamiento de señales, la selección del microcontrolador, la elaboración de un programa de aplicación para la interface y comunicación. El resultado más saltante es la simulación de las señales de los sensores con potenciómetros; las cuales se grafican en una interfaz desarrollada con el software Visual Basic donde se pueden visualizar los códigos de falla, en caso los hubiera. Teniendo en cuenta los resultados alcanzados, se concluye que este sistema es una herramienta didáctica que posibilita a los técnicos mecánicos entender el funcionamiento de los sensores y como la variación de sus señales generan códigos de falla que afectan el rendimiento de los motores electrónicos Caterpillar. / Tesis

El incremento de la demanda de diesel, es uno de los principales problemas que viene teniendo el país, y es que el alto consumo de este combustible se encuentra principalmente en el transporte público, maquinaria pesada, generación de energía eléctrica entre otros. En este contexto, el uso de combustibles renovables y/o alternativos en motores Diesel sería una opción energética importante, ya sea para reducir el consumo del diesel tanto como disminuir su impacto ambiental. Este trabajo de tesis realizará un estudio experimental de la operación bi-combustible para el uso simultáneo de diesel y gas natural, utilizando un motor de encendido por compresión, seis cilindros, aplicación vehicular, que se encuentra en un banco de pruebas en el Laboratorio de Energía de la PUCP. Para el desarrollo del trabajo se implementó un sistema de inyección electrónica para el suministro de gas natural en el motor Diesel y el sistema de conversión Diesel/gas, de esta manera se evaluaron los puntos de la matriz de ensayos del motor, seleccionando tres regímenes de velocidad: 1400, 1600, 1800 rpm y cinco diferentes cargas: 20, 40, 60, 80, 100 Nm. Se alcanzó valores de sustitución de hasta 78,5% en la velocidad más baja y mínima carga que era lo esperado para esta experimentación, es importante mencionar que los valores de sustitución fueron limitados por la baja capacidad de flujo de los inyectores de gas utilizados. La reducción en las emisiones de NOx fueron notables para las mayores relaciones de sustitución llegando a casi una disminución del 52%, sin embargo, debido a las cargas bajas analizadas, las emisiones de CO y HC tuvieron un aumento considerable reflejando el menor aprovechamiento energético del gas natural en estas condiciones. Esto se comprobó con la caída del rendimiento efectivo. / Tesis

En este trabajo se calcularon las emisiones de buses con motores diesel en Lima y Callao de los contaminantes de CO2, PM10, CO, HCT y NOx. Los resultados fueron; 220,358 ton/año, 2,034 ton/año, 377 ton/año, 643 ton/año y 7,250 ton/año. La metodología consistió en obtener una base de datos que representa la flota actual de transporte público de Lima y Callao, luego se obtuvieron factores de emisión para estimar los niveles de cada uno de los contaminantes, los cuales fueron seleccionados para cada tipo de vehículo por año de fabricación, por clase y después se aplicó a cada tipo de emisión los factores de corrección que correspondan. Este trabajo consta de cuatro partes. La primera es una investigación sobre el origen de las emisiones en motores diesel, sus parámetros de formación y las tecnologías de reducción de emisiones en el sistema de escape. También se investigaron los Factores de emisión, por medio de los cuales se calculó los niveles de emisión generados de manera global. Finalmente se describió la legislación actual de Lima y Callao la comercialización del combustible diesel. En la segunda parte se presentan las características de la flota de transporte a través de una muestra que representa el 11.1% de la flota total de Lima y Callao. El 72.2% del total de la flota vehicular son buses sin norma de emisión durante la fabricación (anteriores al año 1992) y los cuales contribuyen a más del 70% de las emisiones en Lima y Callao. En la tercera parte se plantea el método de cálculo para estimar los niveles de emisión de cada vehículo según su clasificación por clase y por norma euro a la que pertenece. Dependiendo de cada contaminante se obtienen factores de corrección para llegar a los resultados finales, esto en base a factores de emisión de la metodología COPERT. Finalmente se presentan tres escenarios de reducción del exceso de la flota actual y reemplazo de vehículos antiguos por nuevos fabricados bajo normas de emisión Euro III logrando reducciones de hasta 90%. / Tesis

Neste trabalho pretende-se desenvolver o dispositivo para a fixação de cabeçotes e acionamento de válvulas em um equipamento para medição de swirl, que é um dos movimentos do ar dentro da câmara de combustão nos motores de ignição por compressão. Este desenvolvimento tem como objetivos facilitar a montagem do cabeçote no equipamento e desenvolver o avanço automático das válvulas, visando a redução do tempo total do ensaio. No desenvolvimento, foi feito um comparativo das características e componentes montados nos cabeçotes e nos diferentes modelos que serão testados no equipamento, para que não fossem necessários retrabalhos no cabeçote ou desmontagens de componentes para a realização dos ensaios, abrangendo a maior gama possível de produtos. Foram definidos os métodos de posicionamento do cabeçote no dispositivo e o sistema de fixação. Para garantir a precisão no acionamento das válvulas, foi definido um fuso de esferas recirculantes, acionadas por um motor de passo. O projeto foi concluído e o dispositivo foi fabricado e instalado no equipamento de medição. Testes realizados mostraram resultados de medição de swirl conforme esperado, além da diminuição no tempo total do teste. A partir de observações feitas após a fabricação e os testes no dispositivo, algumas melhorias estão sendo propostas, como, por exemplo, acionamentos por balancins independentes para cada válvula. / In this work, the aim is to develop the device for the fixture of the cylinder head and the valve actuation in a swirl meter test bench. Swirl is a movement inside the combustion chamber in a compression ignition engine. The development aims to facilitate the assembling of the cylinder head in the equipment and develop the valve lift device, focusing in decreasing the total time for the test. Also, the valve actuator shall be able to perform the continuous valve lift in the swirl measurement. During the development of this work, a comparative of the main features and the components assembled in the different cylinder head types to be tested in the equipment was done, to avoid rework or disassembling of components for the test, including the most variety of types. It was defined the positioning method for cylinder head in the device and the fixation system. To ensure the precision in the valve actuation, it was defined a ball screw, driven by a step motor. The project was finalized, manufactured and installed in the measurement equipment. Performed tests have showed results of swirl measurement according to expected, and the total time of test was decreased. After this first project, some improvements are proposed in the device, for example, individual actuation per valve.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2016-07-27T17:51:14Z No. of bitstreams: 1 DIS_JOAO_RICARDO_O_LEMPEK_COMPLETO.pdf: 2298515 bytes, checksum: 1fee16fd37282b069aa0aa85971cd773 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-27T17:51:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIS_JOAO_RICARDO_O_LEMPEK_COMPLETO.pdf: 2298515 bytes, checksum: 1fee16fd37282b069aa0aa85971cd773 (MD5) Previous issue date: 2016-03-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS / This study aims to compare the use of different biodiesels produced from different raw materials and production routes in a stationary diesel cycle engine. Physical and chemical analyses were performed on biodiesels, their molecular structures were determined, as well as opacity, consumption and emissions in stationary engine used in motor-generator group were analyzed. In cooperation with CIENTEC - Foundation for Science and Technology of Rio Grande do Sul and Bianchini S.A Company, biodiesels were produced from soybean oil and tallow, with purity percentage according to ANP standard. In addition to the commercial diesel purchased at gas stations, consisting of 7% biodiesel already in its composition, it was used blends with 20%, 25%, 30% and 50% diesel-biodiesel, as well as pure biodiesel (100%). Tests were performed on a diesel stationary engine, Ruggerini, 191 model, with nominal power of 13 kW, instrumented with a gas analyzer and an opacimeter on the exhaust system. Gases such as nitrogen oxides (NOx), carbon dioxide (CO2), nitrogen dioxide (NO2), carbon monoxide (CO) and nitrogen monoxide (NO), as well as O2 (oxygen) and SO2 (sulfur dioxide) were analyzed, and the results were compared with theoretical works previously published. The results showed that the most favorable blend and showed a better behavior in terms of opacity was the methyl soybean B100; in relation to consumption, obtaining equal values, were the B20, B25 and B30 ethyl soybean and the behavior of the emissions who was more favorable was the soybean B25 by methyl route despite little difference with the other studied blends. / O presente trabalho objetiva comparar a utiliza??o de diferentes biodieseis obtidos a partir de diferentes mat?rias-primas e rotas de produ??o em um motor ciclo diesel. Foram realizadas an?lises abrangendo desde as caracter?sticas f?sico-qu?micas dos biodieseis e suas estruturas moleculares at? ensaios de opacidade, consumo e emiss?es de gases em motor estacion?rio empregado em grupo motor-gerador. Em parceria com a CIENTEC ? Funda??o de Ci?ncia e Tecnologia do Rio Grande do Sul e a empresa Bianchini S.A, foram obtidos os biodieseis produzidos a partir de ?leo de soja e banha de porco, com percentual de pureza de acordo com norma da ANP. Al?m do diesel comum adquirido em postos de combust?veis, constitu?do de 7% de biodiesel j? em sua composi??o, optou-se pela utiliza??o de misturas com 20%, 25%, 30% e 50% adicionado ao diesel, al?m do biodiesel puro (100%). Os ensaios foram realizados em um motor ciclo diesel da marca Ruggerini, modelo 191, com pot?ncia nominal de 13 kW, instrumentado com equipamento analisador de gases e de opacidade a fim de obter dados de emiss?es de gases de escapamento. Foram analisados gases como ?xidos de nitrog?nio (NOx), di?xido de carbono (CO2), di?xido de nitrog?nio (NO2), mon?xido de carbono (CO) e mon?xido de nitrog?nio (NO), al?m de O2 (oxig?nio) e SO2 (di?xido de enxofre) e os resultados comparados com referencial te?rico publicado anteriormente. Os resultados demonstraram que a mistura mais favor?vel e que apresentou o melhor comportamento em termos de opacidade foi o B100 de soja met?lico; em rela??o ao consumo, obtendo valores iguais, foram os B20, B25 e B30 de soja et?lica e para o comportamento das emiss?es o quem foi mais favor?vel foi o B25 de soja pela rota met?lica, apesar da pouca diferen?a com as outras misturas estudadas.

El presente trabajo se enmarca dentro de las actividades del proyecto FONDECYT N° 1085289, titulado: “Generación a velocidad variable utilizando conversores matriciales de cuatro piernas”. El objetivo general consiste en implementar un prototipo experimental capaz de emular un sistema diesel de generación a velocidad variable, y de alimentar cargas balanceadas y desbalanceadas, con tensiones de amplitud y frecuencia constantes. Para ello, se hace necesaria la programación de un algoritmo que incluya la rutina de un motor diesel operando a velocidad óptima. La emulación se realiza utilizando un motor de inducción jaula de ardilla, cuya velocidad es controlada utilizando un variador de frecuencia. La referencia de velocidad se regula de forma que el sistema sigue la dinámica asociada a un motor de combustión de consumo mínimo, cuya velocidad está ligada al nivel de potencia que requiera suministrar. Por otra parte, la generación variable hace necesaria la incorporación de una unidad conversora, de manera que la carga sea alimentada con niveles de tensión estables. Para ello, se utiliza un conversor matricial de cuatro piernas, aprovechando sus ventajas de tamaño, peso y confiabilidad. La portabilidad del sistema propuesto aumenta al considerar un generador de imanes permanentes acoplado a la emulación del motor diesel. El generador de imanes permanentes posee alta eficiencia y alta densidad de potencia, por lo que permite inyectar mayores niveles de potencia para una misma envergadura, en comparación a generadores convencionales. El sistema de conversión de voltajes hace uso de un algoritmo que incluye la modulación de las señales de entrada, para lo cual se implementa una rutina de modulación por vectores espaciales (SVM, por sus siglas en inglés). Al mismo tiempo, se utiliza un controlador resonante sintonizado en 50 [Hz], con el fin de establecer un valor específico (y programable) del voltaje fase-neutro en carga, y poder mantener una buena regulación de los niveles de tensión en carga, ante variadas perturbaciones. Las pruebas realizadas permitieron verificar la respuesta de los sistemas de control ante cargas de índole resistiva, capacitiva, inductiva y no lineal, al aplicar impactos balanceados y desbalanceados. En forma general, la respuesta del sistema resultó satisfactoria, pudiendo seguir las referencias de velocidad y mostrando una buena regulación de tensiones. Los casos de desconexión total de carga y de impacto monofásico no lineal fueron aquellos que presentaron resultados menos prometedores. En efecto, el caso de desconexión presentó problemas relativos al tiempo de estabilización de tensiones (200 [ms] de tiempo de estabilización), mientras que durante el impacto no lineal, hubo intrusión de componentes armónicas significativas, tanto en el estator de la máquina de imanes permanentes como en los voltajes fase-neutro de la carga (distorsión armónica total ~7,5%). Sin embargo, en todos los casos, el sistema fue capaz de mantenerse en funcionamiento, lo que se asegura su confiabilidad ante una gran variedad de topologías. Como resultado, se obtuvo un sistema experimental que permite emular un motor diesel con inercia, retardos, coeficiente de fricción y número de cilindros programable. Este sistema es capaz de alimentar cargas de diversa naturaleza y topología, de manera que mantiene estables las tensiones suministradas y adapta su velocidad de generación, a fin de optimizar el uso de combustible. Se puede concluir que la implementación resultó exitosa, ya que se logra establecer una metodología que cumple con los criterios de optimización del motor diesel y de estabilidad en carga. El sistema es útil para el estudio de motores diesel de características variadas, e incluso es adecuado para todo requerimiento en que la amplitud y/o frecuencia de generación presenten variaciones.

Neste trabalho pretende-se desenvolver o dispositivo para a fixação de cabeçotes e acionamento de válvulas em um equipamento para medição de swirl, que é um dos movimentos do ar dentro da câmara de combustão nos motores de ignição por compressão. Este desenvolvimento tem como objetivos facilitar a montagem do cabeçote no equipamento e desenvolver o avanço automático das válvulas, visando a redução do tempo total do ensaio. No desenvolvimento, foi feito um comparativo das características e componentes montados nos cabeçotes e nos diferentes modelos que serão testados no equipamento, para que não fossem necessários retrabalhos no cabeçote ou desmontagens de componentes para a realização dos ensaios, abrangendo a maior gama possível de produtos. Foram definidos os métodos de posicionamento do cabeçote no dispositivo e o sistema de fixação. Para garantir a precisão no acionamento das válvulas, foi definido um fuso de esferas recirculantes, acionadas por um motor de passo. O projeto foi concluído e o dispositivo foi fabricado e instalado no equipamento de medição. Testes realizados mostraram resultados de medição de swirl conforme esperado, além da diminuição no tempo total do teste. A partir de observações feitas após a fabricação e os testes no dispositivo, algumas melhorias estão sendo propostas, como, por exemplo, acionamentos por balancins independentes para cada válvula. / In this work, the aim is to develop the device for the fixture of the cylinder head and the valve actuation in a swirl meter test bench. Swirl is a movement inside the combustion chamber in a compression ignition engine. The development aims to facilitate the assembling of the cylinder head in the equipment and develop the valve lift device, focusing in decreasing the total time for the test. Also, the valve actuator shall be able to perform the continuous valve lift in the swirl measurement. During the development of this work, a comparative of the main features and the components assembled in the different cylinder head types to be tested in the equipment was done, to avoid rework or disassembling of components for the test, including the most variety of types. It was defined the positioning method for cylinder head in the device and the fixation system. To ensure the precision in the valve actuation, it was defined a ball screw, driven by a step motor. The project was finalized, manufactured and installed in the measurement equipment. Performed tests have showed results of swirl measurement according to expected, and the total time of test was decreased. After this first project, some improvements are proposed in the device, for example, individual actuation per valve.

El objetivo principal de esta tesis ha sido el estudio del modelado Euleriano-Lagrangiano (E-L) 3D-CFD como herramienta para el análisis de la dinámica y estructura del chorro Diesel en condiciones de inyección y ambientales similares a las que existen en un motor. Como hipótesis simplificativas se ha considerado el chorro libre (sin interacción con la pared de la cámara de combustión) e inerte. La investigación ha partido de una revisión de los procesos físicos que tienen lugar en el chorro desde la perspectiva del modelado E-L 3D-CFD. Esta revisión ha permitido en primera instancia identi¿car las características y limitaciones del planteamiento. Seguidamente, se ha desarrollado una metodología de análisis de la estructura del chorro simulado basándose en indicadores con contrastación experimental, fundamentalmente la penetración del chorro, así como de otros que han permitido describir de manera detallada la dinámica del flujo en el chorro. Empleando estos indicadores se han llevado a cabo estudios de sensibilidad del modelo a diferentes parámetros numéricos y de sub-modelos de turbulencia y de chorro. En base a ellos se ha definido una con¿guración numérica de referencia para las simulaciones posteriormente realizadas. Por otra parte, la inconsistencia del modelo E-L estándar en la zona cercana a la tobera, debido a la alta densidad de gotas que invalida diferentes hipótesis de partida, ha dado pie al desarrollo de un planteamiento que combina un modelo Euleriano-1D basado en la teoría del chorro gaseoso turbulento con el E-L 3D-CFD. De esta manera se ha podido mejorar los resultados de las simulaciones de chorro en dicha zona. Finalmente, la comparación con resultados experimentales de las simulaciones en diferentes condiciones con los modelos estándar 3D y 1D3D ha permitido evaluar el planteamiento propuesto en esta tesis y completar una descripción y análisis de la evolución del chorro Diese / Chávez Cobo, MDJ. (2013). Modelado CFD Euleriano-Lagrangiano del chorro diesel y evaluación de su combinación con modelos fenomenológicos y unidimensionales [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32954 / TESIS

The use of diesel engine turbochargers is increasing today, as it represents an option that o ers high e ciency and low fuel consumption. To design the control system in order to reduce the level of exhaust emissions there is a need for information about all states that are not measurable. To this end, observers or virtual sensors are more frequently applied, achieving estimates of the system states from inputs and measured output. To propose an observer, the precise mathematical model of the air path diesel engine system is used. This is a nonlinear model of a third order which is analyzed in terms of observability. From the point of view of systems theory, certain conditions and the existence of a transformation of the system state, called di eomorphism, need to be evaluated. Observers have been designed based on di erent approaches: Extended Luenberger Observers, High Gain Observers, Sliding Modes Observers and Extended Kalman-Bucy Filters. They have been validated by simulation for the system under consideration in this work. / Tesis