Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T19:03:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T23:51:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T15:21:56Z : No. of bitstreams: 1 180994.pdf: 9607976 bytes, checksum: b328cd4bdc182f72dcea78efb9a30647 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-16T07:34:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T19:19:15Z : No. of bitstreams: 1 183722.pdf: 2953543 bytes, checksum: 694654e2473c5fc6b9a67c444a418ad4 (MD5) / Abordagem de temas básicos relativos aos ensaios dinâmicos em bancos de ensaio de motores de combustão interna, com ênfase à descrição e modelamento dos componentes dos bancos de ensaio, além da descrição das atividades de medição e controle nos ensaios.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T06:11:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Desenvolvimento de um modelo analítico-experimental para a determinação da história temporal da força de impacto entre o pistão e o cilindro em motores reciprocos de combustão interna, considerando a influência do filme de óleo de lubrificação. Extensivos testes experimentais foram conduzidos em três bancadas de teste especialmente desenvolvidas para o projeto. A história temporal da força de impacto foi determinada utilizando-se a teoria de Reynolds para filmes fluídicos, e o espectro desta força foi derivado de funções de transferência. Os resultados experimentais mostraram que a teoria de Reynolds pode ser utilizada para a determinação do coeficiente de amortecimento efetivo do filme de óleo, contudo, quando o filme de óleo esta contaminado com gás, a teoria de Reynolds super estima a magnitude da força de impacto. Um modelo teórico constituído por uma mola (bolhas de gás) conectada em série com um elemento de amortecimento viscoso (filme de óleo) mostrou representar bem o comportamento dinâmico da mistura de óleo com bolhas de gás. Este modelo permite a estimativa da força de impacto levando em consideração o filme de óleo de lubrificação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T11:04:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249275.pdf: 2655556 bytes, checksum: 25fe91f9a93b21cb63e4f79051d4192e (MD5) / O gás natural é um dos combustíveis presentes na matriz energética brasileira que possui o potencial de redução na agressão ao meio ambiente, tanto na redução da emissão de poluentes gasosos (CO, NOx, SO3, etc.) como na redução da emissão de CO2 por quantidade de energia gerada. No entanto, o seu uso no setor automotivo, assim como o uso de outros combustíveis alternativos, depende do correto projeto ou adaptação/regulagem dos motores ao uso deste combustível. Na busca por ferramentas de engenharia que auxiliem no projeto e no desenvolvimento de motores a combustão interna que utilizem combustíveis alternativos, este trabalho objetiva o desenvolvimento de um modelo computacional bidimensional para a simulação de um motor a combustão interna naturalmente aspirado, com admissão de combustível e ar pré-misturados e com ignição por centelha. O gás metano é utilizado como um modelo de gás natural. A atenção do trabalho é direcionada aos fenômenos físicos e químicos associados à dinâmica do escoamento, à combustão e à transferência de calor no interior da câmara de combustão. Assim, o modelo para a simulação do problema em questão é obtido a partir da formulação das equações que regem os diversos fenômenos físicos e químicos. Resultados são apresentados para diversas propriedades do escoamento e da combustão, tais como a pressão e a temperatura no interior da câmara de combustão, os fluxos de massa através dos sistemas de admissão e de exaustão, as taxas de combustão e de transferência de calor nas paredes do motor, bem como os campos de velocidade e de temperatura. Analisa-se ainda o efeito de parâmetros de operação do motor através das estimativas de torque, eficiência volumétrica e de conversão do combustível, dentre outros. Os resultados são consistentes com os valores típicos observados em motores a combustão interna. The increasing interest for less polluting energy sources and the recent availability to the final user in the Brazilian market has motivated the use of natural gas as an alternative fuel for internal combustion engine vehicles. In the search for engineering tools to improve internal combustion engines design and optimization, the present work is focussed on the development of a two-dimensional numerical model to simulate a spark-ignition engine fuelled by a mixture of air and methane as a natural gas simplification. Here, attention is directed to physical and chemical phenomena associated to the fluid flow, combustion and heat transfer processes that take place inside the cylinder. To this extent, the problem is formulated through several conservation and constitutive equations, from which the numerical model is then developed to predict the engine performance. Results are provided for some physical proprierties, such as in-cylinder pressure and temperatures, mass flow rates at intake and exhaust systems, combustion rate and heat transfer rate to cylinder walls, besides velocity, turbulence intensity and temperature fields. The effects of the engine operation parameters on the engine performance are assessed through predictions of indicated power, torque and specific fuel consumption as well as volumetric and thermal efficiencies. The results were consistent with available data for production engines and show the model's potential as a research and design tool.

[pt] É realizado um estudo teórico experimental sobre motores a combustão interna operando com taxa de compressão variável. É feita uma análise teórica sobre determinado mecanismo que permite variar a taxa de compressão. Para tal foi utilizado um programa de simulação para motores com ignição por centelha. No presente trabalho o modelo de simulação foi aprimorado, com a inclusão de previsão de detonação, de emissão de hidrocarbonetos, do cálculo da potencia de atrito, assim como a inclusão do dispositivo do mecanismo de taxa de compressão variável, entre outras alterações. Uma parte experimental foi também realizada, como o objetivo de validar os resultados do modelo teórico e de quantificar os benefícios proporcionados pelo mecanismo em questão. Para tal um motor de pesquisa de combustível – motor CFR – foi utilizado. Uma comparação dos resultados teóricos e experimentais obtidos no presente trabalho com os de outros pesquisadores é também apresentada. / [en] The present work is concerned with a theoretical and expererimental study of variable compression ratio spark ignition internal combustion engines. A theoretical analysis of the engine, operating with a mechanism allows for variable compression ratio, is carried out. For that a simulation program is utilized. In the present work the simulation model was updated with the inclusion of friction, knocking and hidrocarbon emission models, among other things. An experimental work was also carried out, with a CFR engine. The objective was a wo-fold to validade the results of the theoretical model and to assens the benefits of running an engine with variable compression ratio. A comparison is also made between the rrsults of the present work and those from other authors.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T15:37:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T18:11:44Z : No. of bitstreams: 1 171613.pdf: 5624522 bytes, checksum: adeeac767c06b46148f054c07d6cc976 (MD5) / Desenvolvimento de métodos que possibilitam uma melhor otimização das características acústicas dos silenciadores para motores de combustão interna. Utilizando-se o método das Matrizes de Transferência, foram desenvolvidas diversas configurações básicas de silenciadores, gerando-se gráficos da Perda de Transmissão e comparados através do método experimental da Função de Transferência . Com base nos resultados alcançados, alterou-se hipoteticamente a geometria de cada elemento básico, além da variação da temperatura e velocidade do ar, gerando-se gráficos, os quais indicaram a resposta do sistema perante estas modificações. A fim de se demonstrar a utilidade destas ferramentas, tem-se demonstrado também um estudo real do desempenho de um sistema de exaustão perante um ruído gerado por um motor em várias rotações. Como procedimento final, simulou-se um desenvolvimento de um silencioso real, com o intuito de se verificar a influência de elementos básicos de atenuação no contexto global da Perda de Transmissão do silenciador proposto.

[pt] Estudou-se a aplicação de nanofluidos no sistema de arrefecimento de motores a combustão interna. Nanofluidos são suspensões de partículas de diâmetro menor que 100 nm em fluidos convencionais de troca de calor, tais como água, óleo, etileno glicol, entre outros. Devido às suas características favoráveis de transferência de calor, em função da suspensão de partículas, metálicas ou não metálicas, com elevada condutividade térmica, nanofluidos têm sido considerados para atuar como fluidos térmicos em diferentes aplicações. Desenvolveram-se modelos matemáticos para operação em regime permanente, na avaliação do efeito das características térmicas e hidráulicas do escoamento do nanofluido nos componentes do sistema de arrefecimento; e em regime transiente, na avaliação do processo de aquecimento do motor. Fez-se uso do pacote EES para a simulação e consideraram-se os seguintes componentes do sistema de arrefecimento automotivo: radiador, camisas do bloco de cilindros, termostato e bomba do líquido de arrefecimento. Foram empregados o método dos parâmetros concentrados e o método (épsilon)-NTU para a modelagem global do sistema monofásico. Diferentes tipos de nanofluidos, com variações na concentração volumétrica de nanopartículas, foram considerados na avaliação desta alternativa em fluidos térmicos visando aplicações automotivas. / [en] The application of nanofluids in cooling systems of internal combustion engines was studied. Nanofluids consist of nanoparticles (with dimension below 100 (u)m) suspended in traditional heat transfer fluids, such as water or ethylene glycol. Given their favourable heat transfer characteristics, because of the suspension of high thermal conductivity particles, metallic or non-metallic, nanofluids have been considered as potential substitutes for conventional heat transfer fluids. Mathematical models were developed for steady-state operation, for the evaluation of thermal and hydraulic behavior of the cooling system, and for transient regime, for the assessment of the engine start-up process. The EES software was employed for the simulation. The following components of the cooling system were considered: radiator, engine cooling jackets, thermostat and coolant pump. Lumped parameter analysis and the effectiveness- NTU method were used for the single-phase system simulation. Different types of nanofluids, with variation on the volume fraction, were considered in this study.

[pt] A perspectiva a curto prazo de uma legislação nacional limitando o nível máximo de emissões de poluentes em motores de combustão interna tem despertado interesse em pesquisas visando o controle das emissões sem prejuízo ao desempenho do motor. No presente trabalho foram pesquisadas as influências de parâmetros tais como avanço da ignição razão ar-combustível, preparação da mistura e taxa de compressão no desempenho e nas emissões em um motor tipo CFR utilizando etanol hidratado. Foi utilizado um condensador na linha de amostragem com a finalidade de quantificar separadamente os hidrocarbonetos e o álcool não queimado que são medidos em conjunto nos detetores convencionais. Foram realizados também estudos preliminares para a otimização das condições de saída dos gases para a utilização de catalisadores no controle das emissões. / [en] The perspective of changing shortly the national policy on emissions from internal combustion engines has lead to research aiming to control emissions without decreasing engine performance. In this research, the influence of several parameters on engine performance was analysed: firing angle, airfuel ratio, mixture preparation and compression ratio 5. A one cylinder CFR engine was used burning hidrated ethanol as fuel. Hydrocarbons and unburned alcohol were :measured separately by introducing into the sampling line a water condenser, and using conventional measuring instruments. Several measurements were carried out to optimize the exaust condition of gases (basically temperature) and using a catalyst to reduce emissions. Finally the measured emissions are shown as a function of several pamaters.

[pt] A produção simultânea de energia elétrica, calor e frio, a partir da queima de combustível primário (trigeração), pode se mostrar como estratégia promissora do ponto de vista energético e de projeto, principalmente em indústrias como a química e a de alimentos. No presente trabalho descreve-se o estudo experimental de um sistema de produção de água gelada (chiller) com compressor hermético acionado eletricamente. Um motor a combustão interna, do tipo Diesel, foi convertido para operar com gás natural veicular (Diesel- gás) e aciona um gerador de eletricidade que supre a energia elétrica necessária ao funcionamento do chiller e ao atendimento de demanda elétrica préestabelecida. O resultante sistema de trigeração é, portanto, composto por dois sub-sistemas: a bomba de calor (chiller) e o conjunto motorgerador. Calor de rejeito, do condensador do chiller e do sistema de arrefecimento e gases de exaustão do motor, é recuperado para a produção de água quente. O sistema é analisado à luz da 1ª e 2ª leis da Termodinâmica. As razões entre as demandas de frio, calor e eletricidade, as temperaturas de evaporação e de condensação da bomba de calor, e a razão de substituição de óleo Diesel por gás natural veicular são os principais parâmetros de controle dos resultados apresentados. Determinou-se, para o sistema em questão, uma taxa de substituição energética ótima do óleo Diesel por GNV de aproximadamente 25%, com uma economia de 11% a 15% (para geração de potência elétrica acima de 4,0 kW), fundamentada na diferença de preços entre os dois combustíveis e numa melhora do rendimento do motor para estas condições de operação. Obteve-se a contribuição percentual de cada um dos produtos energéticos (frio, calor e eletricidade), em função do consumo de combustível, para as diferentes potências testadas, em função da taxa de substituição energética do óleo Diesel por GNV. Determinou-se, experimentalmente, a vazão de água nos diferentes componentes, para a qual se obtém uma máxima eficiência do sistema, quando analisado do ponto de vista exergético. / [en] The simultaneous production of electric energy, heat and cooling capacity from the primary fuel burning on a heat engine (trigeneration) can emerge as a promising strategy, from the energy and project points of view, mostly, in food and chemistry industries. The present work describes the experimental study of a vapor compression system for chilled water production. A Diesel internal combustion engine was converted to operate with natural gas (Diesel-gas) and drives an electric generator that supplies the necessary electric energy for the chiller`s functioning and to attend the pre-established electric demand. The resultant system of trigeneration is, therefore, composed of two subsystems: the heat pump (chiller) and the engine-generator group. Heat rejected from the condenser of chiller and from the cooling system and exhaust gases of the engine, is recovered for hot water production. The system is analyzed under the light of first and second laws of the Thermodynamics. The ratio between the cooling, heating and electricity demands, the temperatures of evaporation and condensation of the heat pump, and the Diesel-natural gas substitution ratio are main parameters of control of the presented results. The percentile contribution of cold, heat and electricity (on energetic fuel consumption basis), for the different electric energy generation rates, was obtained as a function of the energy substitution rate of the Diesel oil for natural gas. An optimal energy substitution rate of Diesel oil for natural gas of approximately 25% was determined with an economy rated between 11% and 15% (for electric energy generation rates above 4,0 kW), based both on the difference between prices of the two fuels and on the engine`s performance improvement for these operational conditions. An optimum water flow rate, from the exergetic point of view, was found for each component.