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Otimização ecológica dos ciclos ar-padrão Otto e Diesel /

Moscato, André Luiz Salvat. January 2014 (has links)
Orientador: Santiago del Rio Oliveira / Banca: Délson Luiz Módolo / Banca: Ismael de Marchi Neto / Resumo: Nestre trabalho é desenvolvida uma modelagem matemática para os ciclos irreversíveis Otto e Diesel. Os ciclos são analisados entre dois reservatórios com taxa de capacidade térmica infinita, com os processos de troca de calor ocorrendo em trocadores de calor entre o fluido de trabalho e os reservatórios térmicos. As irreversibilidades são decorrentes dos processos de troca de calor ocorrendo em tempo finito, da taxa de perda de calor do reservatório de alta temperatura para o reservatório de baixa temperatura e dos processos de compressão e expansão não-isoentrópicas. São utilizados três critérios de otimização: função ecológica, coeficiente ecológico de desempenho e potência máxima de saída. Estas funções são otimizadas com relação à temperatura de entrada no processo de adição de calor. São analisados as otimizações ecológicas e então comparadas com a potência máxima. Os resultados são apresentados através das curvas de potência e critério ecológico, eficiência térmica ecológico e taxa de geração de entropia e critério ecológico. São analisados os comportamentos de potência líquida, eficiência térmica e taxa de geração de entropia otimizadas ecologicamente através dos quais são avaliadas as influências de alguns parâmetros nos seus comportamentos. Por fim, são analisadas as razões entre a potência otimizada por critérios ecológicos e a potência máxima, eficiência térmica otimizada por critérios ecológicos e a eficiência térmica na condição de potência máxima, a taxa de geração de entropia otimizada por critérios ecológicos e a taxa de geração de entropia na condição de potência máxima. A análise dos resultados comprova que as otimizações ecológicas apresentam o melhor compromisso entre potência líquida e o ambiente. Os resultados poderão ser utilizados como critério relevante no aperfeiçoamento de projetos dos motores de combustão interna / Abstract: In this work is developed a mathematical model for the irreversible Otto and Diesel cycles. The cycle is analyzed between two reservois with infinite thermal capacitance, where the processes of heat exchange occuring in the heat exchangers between the working fluid and the thermal reservoir at constant temperatures. The irreversibilities follow from the heat exchange processes occurring in finite time, the loss of heat from the hot source to the cold source and the noisentropic compression and expansion processes. Three optimization criteria are used: ecological function, ecological coefficient of performance and maximum power output. These functions are optimized with respect to the inlet temperature of heat addition process. Ecological optimizations are analyzed and compared to maximum power. The results are presented through the power and ecological creteria, thermal efficiency and ecological criteria and entropy generation rate and ecological criteria curves. The results are presented though the power curves and ecological criteria, thermal efficiency and ecological and entropy generation rate and ecological criteria. Analyzes the behavior of power, efficiency and rate of entropy generation ecologically optimized through which they are evaluated the influences of some parameters on their behavior. Finally, we analyze the ratio between ecological criteria for optimum power and maximum power, optimized thermal efficiency by ecological criteria and the maximum power efficiency, the ratio between the entropy generation rate optimized for ecological criteria and entropy generation rate of maximum power. The results show that the ecological optimizations present the best compromisse between power and environment. The results can be used as an important criterion in developing projects of internal combustion engines / Mestre
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Projeto de um motor 4 tempos a gasolina monocilíndrico : calculo termodinâmico, desenho, usinagem e montagem da parte alternativa /

Bruno, Everaldo Pinheiro. January 2008 (has links)
Orientador: João Zangrandi Filho / Banca: João Alberto de Oliveira / Banca: Carlos Antonio Reis Pereira Baptista / Resumo: O motor de combustão interna é uma máquina existente há mais de um século, sendo muito utilizado em aplicações industriais e de transporte. Uma pesquisa para se obter informações dessa máquina revelou que existe bastante literatura especializada sobre o assunto. Foi desenvolvido o cálculo termodinâmico a partir dos dados do projeto, com a finalidade de se obter o diâmetro do pistão e o seu curso. Este trabalho desenvolve procedimentos para o projeto do motor monocilíndrico, seguindo uma metodologia para se obter o desenho de conjunto, os detalhes, ajustes e tolerância. Em seguida foi realizado um estudo para implementar as etapas de usinagem das peças utilizando máquinas convencionais e de controle numérico. Finalmente, realizou-se a montagem dos subconjuntos obtendo-se enfim a parte alternativa do motor. / Abstract: The internal combustion engine exists since a century ago; its main application is in the industry and in the mobile machines in general. A research to obtain information about this kind of machine revealed a rich specialized literature. It was developed the thermodynamic calculation starting from the data related to this work, in order to obtain the piston diameter and its stroke. This work still develops procedures related to mechanical design of the alternating parts of a one cylinder engine and its support such as the block, the crankcase and the cylinder. The assembly drawing and the detailed drawing of each part were also attained. A study to implement the various phases of machining of parts making use of conventional and numerically controlled machines was also developed. Finally, the parts were assembled and the alternative group get running. / Mestre
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Projeto de um motor 4 tempos a gasolina monocilíndrico: calculo termodinâmico, desenho, usinagem e montagem da parte alternativa

Bruno, Everaldo Pinheiro [UNESP] 12 December 2008 (has links) (PDF)
Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-12-12Bitstream added on 2014-06-13T18:57:54Z : No. of bitstreams: 1 bruno_ep_me_guara.pdf: 714704 bytes, checksum: 551c99845af4bf7d520a176c8e24c7b4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O motor de combustão interna é uma máquina existente há mais de um século, sendo muito utilizado em aplicações industriais e de transporte. Uma pesquisa para se obter informações dessa máquina revelou que existe bastante literatura especializada sobre o assunto. Foi desenvolvido o cálculo termodinâmico a partir dos dados do projeto, com a finalidade de se obter o diâmetro do pistão e o seu curso. Este trabalho desenvolve procedimentos para o projeto do motor monocilíndrico, seguindo uma metodologia para se obter o desenho de conjunto, os detalhes, ajustes e tolerância. Em seguida foi realizado um estudo para implementar as etapas de usinagem das peças utilizando máquinas convencionais e de controle numérico. Finalmente, realizou-se a montagem dos subconjuntos obtendo-se enfim a parte alternativa do motor. / The internal combustion engine exists since a century ago; its main application is in the industry and in the mobile machines in general. A research to obtain information about this kind of machine revealed a rich specialized literature. It was developed the thermodynamic calculation starting from the data related to this work, in order to obtain the piston diameter and its stroke. This work still develops procedures related to mechanical design of the alternating parts of a one cylinder engine and its support such as the block, the crankcase and the cylinder. The assembly drawing and the detailed drawing of each part were also attained. A study to implement the various phases of machining of parts making use of conventional and numerically controlled machines was also developed. Finally, the parts were assembled and the alternative group get running.
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Controle neural para marcha lenta de veiculos

Monnerat Junior, Pedro Henrique 22 February 2000 (has links)
Orientador: Marcio Luiz de Andrade Netto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-26T04:43:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MonneratJunior_PedroHenrique_M.pdf: 3286266 bytes, checksum: ef419cb4869efea23fe6fa0429d6c230 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Para o controle da marcha lenta em motores de automóveis podem ser encontrados diversos modelos matemáticos baseados em técnicas lineares. O motor é um sistema tipicamente não-linear e tais modelos são obtidos por processos de linearização que, em geral, resultam em aproximações pouco realistas para boa parte do espaço de suas variáveis de estado. O presente trabalho busca diminuir este distanciamento da realidade, utilizando um modelo neural do motor obtido por identificação e, por meio deste, treinando um controlador neural para atingir o desempenho desejado em marcha lenta. Todas as etapas são descritas e apresentam-se os resultados obtidos com a implementação do controlador na injeção eletrônica de dois veículos distintos / Abstract: For the automotive Idle Speed Control one can find a number of mathematical models based on linear techniques. The engine is a typical non-linear system and these models are obtained by a linearization process resulting, in general, in a poor aproximation for a large part of its state-space variables. This work tries to reduce the distance ITom reality, using a neural model of the engine obtained by identification and, based on this model, training a neural controller to attain a desired performance for Idle Speed. Every step is described and results are shown for this controller as implemented inside the eletronic fuel injection system of two different vehicles / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica
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Otimização ecológica dos ciclos ar-padrão Otto e Diesel / Ecological optimization of air-standard Otto and Diesel Cycle

Moscato, André Luiz Salvat [UNESP] 13 June 2014 (has links) (PDF)
Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-06-13Bitstream added on 2015-03-03T12:06:10Z : No. of bitstreams: 1 000801083.pdf: 1280442 bytes, checksum: 6dcfc6fb20131fddca0a32bff15754cf (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nestre trabalho é desenvolvida uma modelagem matemática para os ciclos irreversíveis Otto e Diesel. Os ciclos são analisados entre dois reservatórios com taxa de capacidade térmica infinita, com os processos de troca de calor ocorrendo em trocadores de calor entre o fluido de trabalho e os reservatórios térmicos. As irreversibilidades são decorrentes dos processos de troca de calor ocorrendo em tempo finito, da taxa de perda de calor do reservatório de alta temperatura para o reservatório de baixa temperatura e dos processos de compressão e expansão não-isoentrópicas. São utilizados três critérios de otimização: função ecológica, coeficiente ecológico de desempenho e potência máxima de saída. Estas funções são otimizadas com relação à temperatura de entrada no processo de adição de calor. São analisados as otimizações ecológicas e então comparadas com a potência máxima. Os resultados são apresentados através das curvas de potência e critério ecológico, eficiência térmica ecológico e taxa de geração de entropia e critério ecológico. São analisados os comportamentos de potência líquida, eficiência térmica e taxa de geração de entropia otimizadas ecologicamente através dos quais são avaliadas as influências de alguns parâmetros nos seus comportamentos. Por fim, são analisadas as razões entre a potência otimizada por critérios ecológicos e a potência máxima, eficiência térmica otimizada por critérios ecológicos e a eficiência térmica na condição de potência máxima, a taxa de geração de entropia otimizada por critérios ecológicos e a taxa de geração de entropia na condição de potência máxima. A análise dos resultados comprova que as otimizações ecológicas apresentam o melhor compromisso entre potência líquida e o ambiente. Os resultados poderão ser utilizados como critério relevante no aperfeiçoamento de projetos dos motores de combustão interna / In this work is developed a mathematical model for the irreversible Otto and Diesel cycles. The cycle is analyzed between two reservois with infinite thermal capacitance, where the processes of heat exchange occuring in the heat exchangers between the working fluid and the thermal reservoir at constant temperatures. The irreversibilities follow from the heat exchange processes occurring in finite time, the loss of heat from the hot source to the cold source and the noisentropic compression and expansion processes. Three optimization criteria are used: ecological function, ecological coefficient of performance and maximum power output. These functions are optimized with respect to the inlet temperature of heat addition process. Ecological optimizations are analyzed and compared to maximum power. The results are presented through the power and ecological creteria, thermal efficiency and ecological criteria and entropy generation rate and ecological criteria curves. The results are presented though the power curves and ecological criteria, thermal efficiency and ecological and entropy generation rate and ecological criteria. Analyzes the behavior of power, efficiency and rate of entropy generation ecologically optimized through which they are evaluated the influences of some parameters on their behavior. Finally, we analyze the ratio between ecological criteria for optimum power and maximum power, optimized thermal efficiency by ecological criteria and the maximum power efficiency, the ratio between the entropy generation rate optimized for ecological criteria and entropy generation rate of maximum power. The results show that the ecological optimizations present the best compromisse between power and environment. The results can be used as an important criterion in developing projects of internal combustion engines
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Modelo termodinâmico para a simulação do ciclo de motores de ignição por centelha / Dinarte Santos ; orientador, José Antonio A. Velásquez Alegre ; co-orientador, Irionson Antônio Bassani

Santos, Dinarte January 2010 (has links)
Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2010 / Bibliografia: f. 103-105 / Este trabalho descreve o desenvolvimento e a implementacao de um modelo de duas zonas de combustao que permite simular os processos que compoem o ciclo de trabalho dos motores de ignicao por centelha, incluindo os processos de compressao, combustao-expans / This M. Sc. thesis describes the development of a two-zone combustion model, which allows simulating the working cycle processes of a spark ignition engine, including the compression process, the combustion-expansion process, as well as the exhaust and in
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Elementos de suporte do comando de valvulas avaliado por modelo de diferenças finitas

Mastaler, Alexandre 20 December 2004 (has links)
Orientador: Katia Maria Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:12:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mastaler_Alexandre_M.pdf: 8070977 bytes, checksum: 67729451cedeb65f0b15eb1a17a3fead (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O comando de válvulas é um sistema utilizado em motores à combustão, que tem como função controlar a abertura e fechamento de válvulas de circulação dos gases envolvidos na combustão. Ele é composto por diversos subsistemas; Um desses subsistemas é o contato balancim/pivô, onde o comando aciona o balancim para que esse acione a válvula e utilize o pivô como elemento de suporte. O conhecimento desse subsistema é importante para a avaliação de desgastes e ruídos provenientes desse contato, assim como, avaliações do atrito para otimização geral do comando. Para que haja a redução de desgaste, o pivô deve girar em relação ao balancim, mas existem certas aplicações em que o giro do pivô não é possível. Baseando-se na equação de Reynolds, o filme de óleo ao redor do pivô será avaliado e calculado com relação à distribuição de pressão. Com o conhecimento da distribuição de pressão, poderemos saber quais as forças envolvidas no subsistema. Considerando-se o atrito e os momentos gerados pelo balancim no pivô, chegamos às condições de equilíbrio do sistema. Com essas avaliações observaremos as condições que permitam a rotação do pivô em relação ao balancim / Abstract: The Valve Train System used in combustion engines have the ability to command the opening and closure of gas circulation valves control that takes part in combustion. It is formed by many sub-systems. One of these systems is the finger follower/pivot contact, where the command starts the finger follower for valve starts and uses the pivot as a support element. The knowledge of this sub-system is important to ware and noise evaluation that came ftom this contact, as well as, ftiction evaluation for the command general optimization. To reduce wear, the pivot must turn in finger follower relation, but in some applications the pivot tum is not possible. The oil film around the pivot is ca1culated in relation of its pressure distribution as Reynolds Equation. Through the knowledge of pressure distribution, the forces in the sub-system are known. Considering the ftiction and the moments generated by the balancing in the pivot, we carne to balance conditions in the system. With these evaluations we noticed the condition that allows the pivot rotation in relation to the balancing / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica
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Uso de biocombustivel da pirolise rapida da palha de cana em um motor de ciclo Otto / Use of a biofuel obtained from the fast pyrolysis of sugarcane trash in an Otto engine

Pelaez Samaniego, Manuel Raul 20 June 2007 (has links)
Orientador: Luis Augusto Barbosa Cortez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T13:04:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PelaezSamaniego_ManuelRaul_M.pdf: 2941644 bytes, checksum: 7339da84b3d945856dfe27ff9c0c79c4 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Em setembro de 2002 foi promulgada no Estado de São Paulo a Lei Nº 11.241, que dispõe sobre a abolição gradativa do uso das queimadas como método para eliminar a palha de cana-de-açúcar (folhas e pontas) no processo de colheita. Um dos impactos diretos da execução dessa lei será a disponibilidade no curto prazo de grandes quantidades de palha de cana, cujo potencial energético é muito importante, mas precisa do desenvolvimento e/ou adaptação de tecnologias adequadas para seu uso que incluem operações de colheita e processamento termoquímico. Entre as tecnologias aplicáveis ao aproveitamento energético da palha de cana (e da biomassa em geral), a pirólise rápida oferece a vantagem de produzir altas quantidades de derivados líquidos, e outros produtos como carvão vegetal e gases. O uso destes produtos da pirólise é diverso: produção de energia, ou na industria química, dentro do conceito de bio-refinaria. No contexto apresentado, o presente trabalho realiza a avaliação técnica do uso dos ésteres dos ácidos carboxílicos derivados do bio-óleo de pirólise da palha de cana misturados com gasolina em um motor Otto. Para isto, a palha de cana foi acondicionada e depois pirolisada na planta de pirólise rápida PPR-200, de propriedade da Unicamp. Os produtos foram o bio-óleo, finos de carvão vegetal, gases de pirólise e ácido pirolenhoso. Do bio-óleo obtido foram extraídos os ácidos carboxílicos, mediante esterificação de Fisher em meio ácido, usando etanol, dando como resultado um composto denominado de bioflex. A palha de cana-de-açúcar, o bio-óleo de pirólise e o bioflex foram caracterizados para determinar suas propriedades físicas e químicas. O Poder Calorífico Inferior (PCI) do bio-óleo resultou em 21,46 MJ/kg. No caso do bioflex, o PCI foi 31 MJ/kg. Foram desenvolvidos testes preliminares para determinar as possibilidades de misturar o bioflex com combustíveis derivados do petróleo. Observou-se impossibilidade de misturar bioflex com diesel, e as porcentagens de mistura com gasolina tipo A foram baixas (até 3%). Quando se usou gasolina tipo C se conseguiu maior adição de bioflex na gasolina. Das misturas bioflex-gasolina C, a de maior interesse resultou a denominada G90-B10 (90% de gasolina tipo C com 10% de bioflex), a qual foi utilizada nos ensaios em um motor-gerador elétrico de gasolina de 2 KVA. Nesse motor foram avaliados e comparados: variação de potência com a carga aplicada, consumo de combustível, etc., quando usadas a mistura G90-B10, gasolina tipo A e gasolina tipo C. A carga aplicada durante os ensaios consistiu de um banco de resistências elétricas variáveis desde 200 W até 2000 W. A medição da potência elétrica gerada foi efetuada sob distintas condições de carga e diferentes regimes de rotação do eixo do motor. Os resultados mostraram que a potência gerada pelo gerador e o consumo de combustível do motor são similares quando usados os três combustíveis, fato que permite concluir que é tecnicamente viável o uso do bioflex misturado com gasolina C em proporções 10/90 em motores de ciclo Otto / Abstract: In September 2002 the state of São Paulo promulgated the Law Nº 11241 by which was codified the gradual elimination of fire as a method to remove trash from the sugar-cane fields before harvestig. Large amounts of sugar-cane trash with an important energy potential will be available as a result of this law. New technologies to harvest and process this biomass need to be developed and/or adapted. Amongst the potential concepts to use the energy contained in sugar-cane trash, fast pyrolysis offers important advantages since high liquid yield, char and syngas can be obtained with this technology. These materials can be used to produce energy or chemicals in power plants or in new bio-refineries. A technical evaluation of using carboxylic acids ethyl esters derived from sugar-cane trash bio-oil, mixed with gasoline in an Otto engine is presented. The sugar-cane trash was ground, dried and further pyrolyzed in the PPR-200 fast pyrolysis plant, owned by Unicamp. The products were: a decanted bio-oil, an aqueous phase, charcoal fines and pyrolitic gases. The carboxylic acids were extracted from the decanted oil and esterified by the Fisher acid catalyzed method, using ethanol. The resulting product was called bioflex. The sugar-cane trash, the bio-oil and the bioflex were characterized to determine their physico-chemical properties. The Lower Heating Value (LHV) of the bio-oil resulted 21,46 MJ/kg. In the case of bioflex, its LHV was 31 MJ/kg. Preliminary tests were performed to evaluate the fuel performance of bioflex /conventional petroleum derived fuel blends. The bioflex was not miscible in diesel and only very low amount (3 vol %) was soluble in gasoline type A. Larger solubility was observed with Brazilian gasoline type C. The blend containing 90% of gasoline type C and 10% of bioflex, herein called G90-B10, presented the biggest interest so was used as fuel in a 2 KVA electric Otto engine-generator. The engine power versus applied load, fuel consumption, etc., when used G90-B10 mixture, gasoline type A and gasoline type C were evaluated and compared. The load applied during the tests consisted of a variable electric resistance with capacity from 200 W to 2000 W. The measurement of the generated electricity was made under different load conditions and under different shaft-engine rotation speed. Results showed that the power generated and the fuel consumed by the engine was similar when using the three fuels. These results confirm the technically viability of 10/90 (bioflex-gasoline C) blends as fuels in Otto engines / Mestrado / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos
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Influência da temperatura, velocidade e força no desgaste e no coeficiente de atrito de materiais para válvulas e sedes de válvulas de motores flex-fuel. / Effect temperature, frequency and load in the wear and coefficient of friction for valves and valve seats materials of flex-fuel engines.

Zuleta Durango, Deisson Alexander 29 September 2016 (has links)
Na maioria dos equipamentos mecânicos há movimento relativo entre componentes, e como resultado desse deslizamento relativo, as forças de atrito na superfície geram deformação plástica e/ou remoção de massa (ou volume) do material. Nos motores de combustão interna a geração da potência é realizada pela transformação da energia química em calor por meio da combustão do combustível com o ar, gerando o movimento alternativo de mecanismos (pistões, biela, virabrequim). Já no caso dos motores flex-fuel, o etanol como combustível aumenta a potência, levando a maiores carregamentos termomecânicos e, consequentemente, tribológicos nos seus componentes. Um dos sistemas do motor mais afetado pela mudança no combustível é o par válvula-sede, motivo pelo qual é necessário investigar os mecanismos de desgaste, os efeitos dos parâmetros de operação no comportamento frente ao atrito, e escolher apropriadamente pares deslizantes de materiais que apresentem baixas perdas de massa (taxas de desgaste) e coeficientes de atrito. Ensaios do tipo reciprocating tinham sido empregados para realizar estudos tribológicos de materiais de válvulas e com tratamentos superficiais. As condições de ensaio mais representativas são de operação do motor. Portanto, a seleção de parâmetros como carga, velocidade e temperatura não é fácil: para alguns equipamentos de teste, as variáveis não são independentes. Além disso, devido à complexidade do sistema tribológico, a interação entre as variáveis afeta os resultados. O objetivo deste trabalho de pesquisa foi dividido em duas frentes. A primeira, analisar isoladamente o efeito da temperatura, força normal e velocidade no coeficiente de atrito e no desgaste. O tribômetro SRV-4 do tipo reciprocating foi usado com uma esfera de aço AISI 52100 e distintos materiais de disco (aços e ligas intermetálicas sinterizadas de Nb). A segunda parte consistiu na caracterização dos mecanismos de desgaste de válvulas e sedes de motores distintos, após diferentes tipos de ensaios (dinamômetro e campo em veiculo). O coeficiente de atrito (?) e a perda de massa foram medidos para determinar o desempenho tribológico dos sistemas estudados. Além disso, as superfícies das marcas de desgaste tanto no disco quanto na esfera, assim como das válvulas e sedes foram analisadas por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) e espectroscopia Raman. Para as distintas ligas intermetálicas de Nb ensaiadas com esfera de aço AISI 52100, encontrou-se que os mecanismos de desgaste nas superfícies após uma análise de MEV-EDS foram particularmente abrasão, adesão e oxidação. Já no caso dos motores que foram avaliados, muitos dos danos observados estavam presentes em ambas as válvulas e sedes de admissão e escape; no entanto, a oxidação ocorreu apenas nas válvulas de escape, provavelmente produzido pela alta temperatura durante a operação do motor. / In most of the mechanical assemblies there is relative motion between components, and as a result of this relative sliding action, frictional forces on the sliding surface result in removal or displacement of mass (or volume) of the material. The power generation of internal combustion engines comes from chemical energy transformation into heat through air fuel combustion with further expansion of gases generating the reciprocating movement of power cell (pistons, rod and crankshaft). For flex fuel engines, the ethanol increases power, leading to higher thermo-mechanical forces and consequently higher friction between its components. The valve/valve seat pair is one of the most affected system due to this change, leading to the need of more accurate analysis of its wear mechanisms, its operating parameters effects and his behavior regarding the friction so making possible to choose properly materials with lower mass loss (wear rate) and coefficient of friction. Reciprocating tests had been used to tribological studies of valve materials with surface treatment purpose. The most important test boundary conditions are the engine operating conditions. Therefore, the load, speed and temperature parameters definition is not easy since for some test equipment those variables are not independent. Besides due to tribological system complexity the variable interaction affects its results. The present research goal was divided in two groups. The first one analyzes the normal force, frequency and temperature effect on friction coefficient and wear, independently of each other. It was used a SRV-4 reciprocating tribometer with a sphere (AISI 52100 steel) against several disc materials (steel and sintered intermetallic alloys of Nb). The second one consisted in the characterization of wear mechanisms of valve/valve seat from different engines that were submitted to different test (engine dynamometer test bench and vehicle). The coefficient of friction (?) and mass loss were measured in order to define the studied systems tribological performance. Besides the both disc and sphere wear scars such as valve/valve seat were analyzed using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy of X-ray (EDS) and Raman spectroscopy. For the tested intermetallic alloys of Nb with AISI 52100 sphere it was found the following wear mechanisms after SEM-EDS analyses: abrasion, adhesion and oxidation. In the case of the evaluated engines, several damages were observed in both intake and exhaust valves/valve seats; however, the oxidation occurred only on exhaust valves, probably due to high operating temperature.
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Influência da temperatura, velocidade e força no desgaste e no coeficiente de atrito de materiais para válvulas e sedes de válvulas de motores flex-fuel. / Effect temperature, frequency and load in the wear and coefficient of friction for valves and valve seats materials of flex-fuel engines.

Deisson Alexander Zuleta Durango 29 September 2016 (has links)
Na maioria dos equipamentos mecânicos há movimento relativo entre componentes, e como resultado desse deslizamento relativo, as forças de atrito na superfície geram deformação plástica e/ou remoção de massa (ou volume) do material. Nos motores de combustão interna a geração da potência é realizada pela transformação da energia química em calor por meio da combustão do combustível com o ar, gerando o movimento alternativo de mecanismos (pistões, biela, virabrequim). Já no caso dos motores flex-fuel, o etanol como combustível aumenta a potência, levando a maiores carregamentos termomecânicos e, consequentemente, tribológicos nos seus componentes. Um dos sistemas do motor mais afetado pela mudança no combustível é o par válvula-sede, motivo pelo qual é necessário investigar os mecanismos de desgaste, os efeitos dos parâmetros de operação no comportamento frente ao atrito, e escolher apropriadamente pares deslizantes de materiais que apresentem baixas perdas de massa (taxas de desgaste) e coeficientes de atrito. Ensaios do tipo reciprocating tinham sido empregados para realizar estudos tribológicos de materiais de válvulas e com tratamentos superficiais. As condições de ensaio mais representativas são de operação do motor. Portanto, a seleção de parâmetros como carga, velocidade e temperatura não é fácil: para alguns equipamentos de teste, as variáveis não são independentes. Além disso, devido à complexidade do sistema tribológico, a interação entre as variáveis afeta os resultados. O objetivo deste trabalho de pesquisa foi dividido em duas frentes. A primeira, analisar isoladamente o efeito da temperatura, força normal e velocidade no coeficiente de atrito e no desgaste. O tribômetro SRV-4 do tipo reciprocating foi usado com uma esfera de aço AISI 52100 e distintos materiais de disco (aços e ligas intermetálicas sinterizadas de Nb). A segunda parte consistiu na caracterização dos mecanismos de desgaste de válvulas e sedes de motores distintos, após diferentes tipos de ensaios (dinamômetro e campo em veiculo). O coeficiente de atrito (?) e a perda de massa foram medidos para determinar o desempenho tribológico dos sistemas estudados. Além disso, as superfícies das marcas de desgaste tanto no disco quanto na esfera, assim como das válvulas e sedes foram analisadas por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) e espectroscopia Raman. Para as distintas ligas intermetálicas de Nb ensaiadas com esfera de aço AISI 52100, encontrou-se que os mecanismos de desgaste nas superfícies após uma análise de MEV-EDS foram particularmente abrasão, adesão e oxidação. Já no caso dos motores que foram avaliados, muitos dos danos observados estavam presentes em ambas as válvulas e sedes de admissão e escape; no entanto, a oxidação ocorreu apenas nas válvulas de escape, provavelmente produzido pela alta temperatura durante a operação do motor. / In most of the mechanical assemblies there is relative motion between components, and as a result of this relative sliding action, frictional forces on the sliding surface result in removal or displacement of mass (or volume) of the material. The power generation of internal combustion engines comes from chemical energy transformation into heat through air fuel combustion with further expansion of gases generating the reciprocating movement of power cell (pistons, rod and crankshaft). For flex fuel engines, the ethanol increases power, leading to higher thermo-mechanical forces and consequently higher friction between its components. The valve/valve seat pair is one of the most affected system due to this change, leading to the need of more accurate analysis of its wear mechanisms, its operating parameters effects and his behavior regarding the friction so making possible to choose properly materials with lower mass loss (wear rate) and coefficient of friction. Reciprocating tests had been used to tribological studies of valve materials with surface treatment purpose. The most important test boundary conditions are the engine operating conditions. Therefore, the load, speed and temperature parameters definition is not easy since for some test equipment those variables are not independent. Besides due to tribological system complexity the variable interaction affects its results. The present research goal was divided in two groups. The first one analyzes the normal force, frequency and temperature effect on friction coefficient and wear, independently of each other. It was used a SRV-4 reciprocating tribometer with a sphere (AISI 52100 steel) against several disc materials (steel and sintered intermetallic alloys of Nb). The second one consisted in the characterization of wear mechanisms of valve/valve seat from different engines that were submitted to different test (engine dynamometer test bench and vehicle). The coefficient of friction (?) and mass loss were measured in order to define the studied systems tribological performance. Besides the both disc and sphere wear scars such as valve/valve seat were analyzed using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy of X-ray (EDS) and Raman spectroscopy. For the tested intermetallic alloys of Nb with AISI 52100 sphere it was found the following wear mechanisms after SEM-EDS analyses: abrasion, adhesion and oxidation. In the case of the evaluated engines, several damages were observed in both intake and exhaust valves/valve seats; however, the oxidation occurred only on exhaust valves, probably due to high operating temperature.

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