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

Motor a álcool teve grande aplicação no Brasil com a implantação do Proálcool, programa lançada na década de 1970, vislumbrando reduzir a dependência externa do petróleo. Ressalta-se que avanços na tecnologia do referido motor, bem como na produção de álcool, tornaram-no técnica e economicamente viável como substituto da gasolina em algumas regiões. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho e a emissão de um motor ciclo Otto funcionando com dois tipos de álcool, 92,8 e 75 INPM, sendo o último considerado de baixo teor alcoólico, possibilitando variar a taxa de compressão. O ensaio foi realizado em bancada dinamométrica, no laboratório de motores da EESC/USP, campus de São Carlos. Para tanto, utilizou-se de motor de 1.000 \'CM POT.3\', oito válvulas e quatro cilindros. Os resultados evidenciaram que o combustível de baixo teor alcoólico aceitou aumento na taxa de compressão de 13,5:1 para 16,2:1, ressaltando-se que, nessa condição, houve aumento de torque e da potência máxima, redução de emissão de NOx e aumentos de consumo e de emissão de hidrocarboneto. / Ethanol engines had a great application in Brazil with the implantation of Proalcool, a program launched in 1970 decade, guessing the reduction in exterior oil dependence. Progress in technology in the cited engine, as well as in ethanol production have turned this combustible into a technically and economically viable option, as an oil substitute in some regions. The present work had the aim of evaluating the performance and emission of an Otto cycle engine working with two types of ethanol, 92.8 and 75 INPM, the latter considered as a low grade alcohol, enabling a variation in the compression rate. The experiment was performed at the dynamometer testing bench in the engine laboratory of EESC/USP, campus at São Carlos. With this intent a 1,000 \'CM POT.3\' engine, eight valves and four cylinders were utilized. The results have shown that the low grade alcoholic combustible accepted an enhancement in the compression rate from 13.5 to 16.2:1, emphasizing that in this condition there was increase maximum torque and maximum power, a reduction in NOx emission and a rise in the consumption and hydrocarbon emission.

The present work studies the use of a two-zone computer model to simulate the operation of an internal combustion engine with spark ignition fueled with alcohol fuels and gasohol. To fit the model to the experimental data, a parameter estimation technique was used and the heat transfer correlation that could better fit the tested fuels and engine was determined. The tested fuels were: hydrous ethanol, wet ethanol (from 10% to 40% of water, by volume), n-butanol, n-butanol/ethanol blend and gasohol. In addition to the experimental tests with the engine, tests with a packed distillation column under batch process were made in order to determine the energy efficiency involved between production and use as a fuel for hydrous ethanol and wet ethanol fuels. The results showed that the two-zone model was able to predict satisfactorily the behavior of all tested fuels, accurately obtaining the engine performance parameters. In terms of energy efficiency, wet ethanol fuels have advantage over hydrous ethanol fuel, especially in the case of 30% of water by volume, where energy efficiency reaches its maximum value, considering the distillation and engine combustion processes. The n-butanol fuel was capable of act as a surrogate for both hydrous ethanol and gasohol with efficiency, leading the engine to have good performance in the tested operational conditions and appearing, due to this, as an interesting alternative of renewable fuel to be inserted in the Brazilian energy matrix. / O presente trabalho investiga o uso de um modelo computacional de duas zonas para simular o funcionamento de um motor de combustão interna com ignição por centelha abastecido com álcoois combustíveis e gasolina. Para o ajuste do modelo fez-se uso de técnica de estimação de parâmetros e determinação da correlação de transferência de calor capaz de melhor se ajustar aos combustíveis e ao motor testados. Os combustíveis utilizados foram: etanol hidratado, etanol super-hidratado (de 10% a 40% de água, em volume), n-butanol, misturas de n-butanol e etanol e gasolina e etanol. Além dos testes experimentais com motor, testes de bancada com uma coluna de destilação recheada em regime descontínuo foram realizados a fim de determinar a eficiência energética do processo de produção e queima de etanol hidratado e super-hidratado. Os resultados obtidos mostraram que o modelo de duas zonas é capaz de prever de maneira satisfatória o comportamento de todos os combustíveis testados, com determinação precisa de parâmetros de desempenho do motor. Em termos de eficiência energética, o etanol super-hidratado tem vantagem em relação ao etanol hidratado combustível, em especial quando com 30% de água em volume, onde a eficiência energética é máxima, considerados os processos de destilação e queima no motor. O n-butanol combustível usado mostrou-se capaz de substituir eficientemente tanto o etanol hidratado como a gasolina brasileira, levando o motor a ter boa performance nas condições operacionais testadas e aparecendo, dessa forma, como interessante alternativa de combustível renovável a ser inserida na matriz energética brasileira.

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Motor a álcool teve grande aplicação no Brasil com a implantação do Proálcool, programa lançada na década de 1970, vislumbrando reduzir a dependência externa do petróleo. Ressalta-se que avanços na tecnologia do referido motor, bem como na produção de álcool, tornaram-no técnica e economicamente viável como substituto da gasolina em algumas regiões. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho e a emissão de um motor ciclo Otto funcionando com dois tipos de álcool, 92,8 e 75 INPM, sendo o último considerado de baixo teor alcoólico, possibilitando variar a taxa de compressão. O ensaio foi realizado em bancada dinamométrica, no laboratório de motores da EESC/USP, campus de São Carlos. Para tanto, utilizou-se de motor de 1.000 \'CM POT.3\', oito válvulas e quatro cilindros. Os resultados evidenciaram que o combustível de baixo teor alcoólico aceitou aumento na taxa de compressão de 13,5:1 para 16,2:1, ressaltando-se que, nessa condição, houve aumento de torque e da potência máxima, redução de emissão de NOx e aumentos de consumo e de emissão de hidrocarboneto. / Ethanol engines had a great application in Brazil with the implantation of Proalcool, a program launched in 1970 decade, guessing the reduction in exterior oil dependence. Progress in technology in the cited engine, as well as in ethanol production have turned this combustible into a technically and economically viable option, as an oil substitute in some regions. The present work had the aim of evaluating the performance and emission of an Otto cycle engine working with two types of ethanol, 92.8 and 75 INPM, the latter considered as a low grade alcohol, enabling a variation in the compression rate. The experiment was performed at the dynamometer testing bench in the engine laboratory of EESC/USP, campus at São Carlos. With this intent a 1,000 \'CM POT.3\' engine, eight valves and four cylinders were utilized. The results have shown that the low grade alcoholic combustible accepted an enhancement in the compression rate from 13.5 to 16.2:1, emphasizing that in this condition there was increase maximum torque and maximum power, a reduction in NOx emission and a rise in the consumption and hydrocarbon emission.