Uma combustão eficiente depende de muitos fatores, tais como injeção de combustível, turbulência e características de ignição. Com a melhoria dos motores de combustão interna a intensidade de turbulência e a pressão interna vêm aumentando, demandando com isso sistemas de ignição mais potentes e eficientes. Em motores de injeção direta, as cargas estratificadas resultantes do spray direto guiado por fronteiras ou ainda por escoamento requerem ainda mais energia. Neste trabalho foi investigado o efeito de diversos parâmetros de ignição nos fenômenos elétricos e mecânicos ligados à abertura e sustentação do arco elétrico e ao processo de combustão. Para isso foram estudados limites de centelhamento, diferentes níveis de energia, bobinas e velas com maiores ou menores perdas internas, diferentes cargas impostas ao sistema de ignição e diferentes sistemas. Foram feitas três bancadas de testes: uma com ignição indutiva padrão; uma com ignição indutiva de alta voltagem e uma com ignição capacitiva de alta energia, com voltagem e capacitância variáveis. A aquisição de dados foi feita através de osciloscópios com pontas de prova específicas e fotografias de alta velocidade utilizando a técnica schlieren, que permite avaliar efeitos térmicos e ondas de choque geradas nos processos de centelhamento e combustão. Os resultados obtidos através destes experimentos mostraram que os sistemas de ignição veiculares padrão ainda podem melhorar muito em voltagem, atraso de resposta, limite de centelhamento e energia entregue à câmara de combustão. Com os sistemas de alta voltagem e/ou energia testados neste trabalho, indutivo e especialmente o capacitivo, pode-se aumentar consideravelmente as folgas de vela, o que melhora bastante o rendimento global dos motores de combustão interna.

Um sistema de detecção de falhas deve incorporar técnicas de raciocínio que possam identificar um sinal de falha sob condições de incerteza. Nesse contexto, os modelos explorados na teoria de sistemas inteligentes, configurados para detectar falha, apresentam maior confiabilidade e versatilidade do que os modelos matemáticos convencionais. Este trabalho focaliza o estudo de caso de detecção de falhas em motores de combustão interna a pistão, em que foi escolhida a abordagem utilizando lógica nebulosa (fuzzy logic) na elaboração dos detectores de falhas no sistema de injeção e no sistema de ignição. Foram consideradas falhas no sistema de injeção as condições denominadas "mistura rica" e "mistura pobre", relativas às condições do combustível, e as falhas no sistema de ignição as do tipo detonação e rendimento térmico baixo. Essas falhas podem ser responsáveis por comprometer o desempenho do motor, reduzir a sua vida útil, aumentar os custos de manutenção e a emissão de poluentes e colocar em risco a segurança de pessoas. No sistema em foco, os detectores de falha de injeção e de ignição detectam a condição de falha através da observação das seguintes variáveis: ângulo de ignição, rotação e taxa de mistura ar/combustível. Para avaliar o sistema foi desenvolvido um simulador que incorpora a dinâmica do motor, um controlador e o sistema detector de falhas. O modelo do motor de combustão interna a pistão, elaborado dentro do ambiente computacional AMESim 4.2.1, considera uma configuração de quatro cilindros, oito válvulas, quatro sistemas de injeção indireta (um para cada cilindro), ignição por centelha, válvula borboleta, válvulas de admissão e escape, árvore de manivela e outros componentes que compõem um motor de combustão interna. Para controlar as variáveis do modelo no programa AMESim a uma dada condição de operação, o simulador apresenta uma unidade de controle, a qual recebe o sinal de pressão média efetiva, disponível no modelo do motor (ambiente AMESim) e o sinal de carga variável, com o objetivo de calcular a rotação responsável em definir a condição de operação do motor. Uma vez calculada a rotação, a unidade de controle calcula a vazão de combustível que é injetado no motor, o ângulo de abertura da válvula borboleta que proporcionará o estado de aceleração e desaceleração e o ângulo de ignição que indicará o momento da centelha. A unidade de controle e os detectores de falhas foram elaborados no ambiente computacional MATLAB 6.5/Simulink. O funcionamento combinado, via interface de comunicação dos dois ambientes computacionais, propicia uma representação adequada e resultados próximos às características de um motor de combustão real. Ao detectar as falhas provocadas intencionalmente no simulador a abordagem utilizando a lógica nebulosa apresentou resultados satisfatórios, com uma margem de erro de 0% na detecção de falhas no sistema de ignição e uma margem de erro no máximo de 5% na detecção de falhas no sistema de injeção, comprovando-se, assim, a adequação e viabilidade da proposta.

Este trabalho descreve a metodologia a ser utilizada durante a concepção de um sistema de partida pneumático para equipar uma aeronave que utiliza motores turbofan, a teoria envolvida, quais os parâmetros a serem considerados no início e durante o desenvolvimento, especificação do sistema e seus equipamentos, considerações e exigências de sistema visando garantir a sua certificação e finalizando, apresentamos um projeto de um sistema de partida de uma aeronave regional, que aplica toda teoria apresentada anteriormente.

Este trabalho apresenta uma análise das diversas alternativas de engenharia na prevenção de ignição dentro dos tanques de combustível das aeronaves de transporte, ou pelo menos, na contenção da expansão dos gases em decorrência de uma ignição, avaliando a viabilidade técnica e econômica das alternativas estudadas de maneira a produzir um ranking das alternativas mais viáveis na direção de se obter uma avaliação comercial mais segura com o menor impacto possível no custo operacional das aeronaves. Objetivando-se a cobertura de um maior número de possibilidades de solução para o problema proposto neste trabalho, são analisadas não só ações sobre o projeto das aeronaves como também sobre os aeroportos, sobre os combustíveis ou até mesmo sobre os procedimentos de operação. São analisadas ainda dois tipos de alternativas: as ativas, que agem nas causas da ignição através da criação de um ambiente impróprio ao desenvolvimento desta, e as alternativas passivas, que minimizam as conseqüências da ignição depois de ocorrida. Adicionalmente, são estudadas tanto alternativas para novos projetos de aeronaves quanto para aeronaves já em operação.

Este é um trabalho de desenvolvimento tecnológico estudando a possibilidade do uso de fios da liga NiTi com Efeito de Memória de Forma (EMF) (com recuperação de forma de até 8%) como eletrodos em dispositivos eletropirotécnicos (DE), para ignição de motores foguetes a propelente sólido permitindo uma estanqueidade superior a gases quando comparados aos dispositivos convencionais. Foram testadas três composições em forma de fios: VIM 41 superelástico, VIM 47 e EB 7 martensíticos, todos em relação à temperatura ambiente. Verificou-se a dificuldade de se trabalhar com o fio da liga VIM 41 visto ser este superelástico à temperatura ambiente havendo, portanto, a necessidade de refrigeração abaixo da temperatura MF para posterior alongamento, corte e inserção (vinculação) no conector ou DE. Com fio VIM 47, martensítico, verificou-se que as cargas geradas no aquecimento, para deformações longitudinais pré-fixadas de 4 %, 6 % e 8 %, foram, respectivamente, de 326 MPa, 256 MPa e 176 MPa, isto é, tanto maior quanto menor a pré-deformação inicial. A simulação do possível uso como eletrodo em DE foi feita com os fios da liga EB 7 vinculados em conectores de carbeto de tungstênio. As cargas para pré-deformação longitudinal e as cargas de recuperação de forma (após um descarregamento para uma carga mínima de 10 N) cresceram com o aumento da pré-deformação de 6 %, 8 %, 10% e 12 %. Os resultados de estanqueidade, com exceção da deformação longitudinal de 10 %, foram tanto melhores quanto maiores foram as pré-deformações ultrapassando os valores especificados pela norma MIL-STD-1576 e concordantes com as cargas de desvinculação. Os resultados obtidos neste trabalho indicam a possibilidade do uso de fios com efeito de memória de forma como eletrodo em dispositivos eletropirotécnicos.

O principal objetivo dessa dissertação é investigar o mecanismo físico de funcionamento do ignitor gás dinâmico para possibilitar uma partida suave do motor L15 e também conhecer as propriedades da chama gerada pelo ignitor, o que possibilirá alteração de parâmetros de operação do ignitor para outros motores. Será apresentada nesse trabalho uma investigação teórica do mecanismo de aquecimento do gás injetado no ressonador do ignitor gás dinâmico, um modelamento matemático para esse mecanismo, incluindo uma rotina de cálculo e ainda, a comparação com os resultados de ensaios. Serão investigados experimentalmente o tempo de ressonância, e como diminuí-lo e a razão de mistura da chama gerada pelo ignitor, de forma que uma chama rica em combustível seja alcançada.

Um motor-foguete movido a propulsão química consiste basicamente de uma câmara cilíndrica na qual ocorre uma reação de combustão, gerando grandes quantidades de gases à altas temperaturas. Nestas condições, os gases ao serem expelidos através do bocal convergente-divergente, denominado tubeira, provocam propulsão do motor. A mistura do oxidante e do redutor utilizados como combustível pode ser líquida ou sólida, dando origem às tecnologias de motor-foguete à propulsão líquida ou motor-foguete a propulsão sólida, respectivamente . O propelente sólido é uma mistura heterogênea, estável, de espécies químicas oxidantes e redutoras. Os propelentes sólidos compósitos são constituídos basicamente por uma matriz polimérica (binder) contendo alta percentagem em massa de partículas sólidas, tais como oxidantes, aditivos metálicos, entre outros. Neste trabalho a modificação do binder constituiu-se na pesquisa de polióis alternativos produzidos na industria, de origem mineral e principalmente de origem vegetal como os polióis produzidos pela transformação do óleo de soja, de forma a oferecer um substituto ao poliol PBLH. O binder sintetizado foi constituído de um elastômero de poliuretano (PU), formado pela reação de policondensação entre um poliol e um diisocianato e para isso, foi utilizado o processo de pré-polímeros que consiste na reação do poliol com o isocianato estequiometricamente em excesso, sendo que isso foi feito em atmosfera sem umidade de N2 à temperatura de 60 C, sob agitação mecânica, produzindo uma estrutura com radicais isocianato (NCO). A adição de aditivos como o plastificante, ao pré-polímero sintetizado ocorreu quando se desejava alterar as propriedades mecânicas do PU final. Ao pré-polímero foi estendida a sua cadeia com um agente de cura sendo produzindo um PU com propriedades compatíveis ao PBLH. A identificação e caracterização do pré-polímero e PU obtidos foi realisada utilizando-se as técnicas Espectroscopia no Infravermelho Médio (FT-IR), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA), ASTM 5510-10 e Dureza.

This dissertation describes the known formation mechanisms of pollutant emissions for spark ignition internal combustion engines, the most common pollutants emitted by spark ignition engines, current methods to reduce pollutants emissions and a comparison of industry procedures with one and three-dimensional modeling including detailed surface reaction chemistry model, all used to estimate catalytic converter efficiency. Also, experimental tests were performed to provide exhaust gas composition boundary conditions, and to provide values for current catalytic converter efficiency. The detailed surface reaction chemistry model presented problems into implementation for one and three-dimensional analyzes, presenting zero conversion into one-dimensional analysis and continuous reduction in conversion efficiency for three-dimensional analysis. The industry procedure has been used for a long time, and presented the more realist values and behavior, not justifying the replacement for an analysis that includes chemistry reaction models, either one or three-dimensional.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

As correntes pesadas do refino de petróleo podem ser utilizadas para a produção de óleos combustíveis para uso industrial ou marítimo, sendo esse último conhecido como óleo bunker. Para tal, é necessária a diluição dessas correntes pesadas com frações de refino mais leves para ajuste da viscosidade. Enquanto o uso industrial do óleo combustível vem sendo significativamente reduzido em função de restrições ambientais, o mercado de óleo bunker apresenta crescimento importante face a expansão do comércio marítimo mundial. No Brasil, há um aumento da produção de petróleos pesados, extrapesados e asfálticos, que exigem complexos esquemas de refino para a sua conversão em frações mais leves. Dessa forma, ocorre uma redução da quantidade de correntes disponíveis para a produção de bunker, além da variação da qualidade das correntes usadas na sua formulação. Esta dissertação avalia a utilização de petróleos pesados e asfálticos na produção de bunker, sem a necessidade do processamento tradicional em refinarias de petróleo. A comparação da qualidade de ignição e de combustão da nova formulação deste produto com o combustível marítimo preparado a partir de correntes residuais é realizada por duas metodologias diferentes. Após a realização de um pré-tratamento, a mistura formulada a partir dos cortes dos petróleos apresenta melhor desempenho que os combustíveis formulados com as correntes residuais. Além disso, este trabalho compara o efeito de diferentes diluentes e a contribuição da corrente pesada utilizada na qualidade de ignição e de combustão do produto / Heavy streams from crude oil refining can be used to prepare fuel oils for industrial or maritime purposes, the latter known as bunker fuel. In order to prepare them, it is necessary to set viscosity to its appropriate value by dilution with lighter fractions from petroleum refining. While industrial usage of fuel oils is decreasing significantly due to environmental restrictions, the bunker fuel market shows an important increasing face to the growing in world maritime trading. Production of heavy, extra heavy and asphaltic crude oils in Brazil is rising and more complex refining process are required to convert them into lighter petroleum products. Because of that, the amount and the quality of available streams to prepare bunker fuel are decreasing. The present dissertation evaluates the feasibility of using heavy and asphaltic crude oils to prepare bunker fuel without traditional processing into petroleum refineries. The comparison of ignition and combustion quality considering the bunker fuel prepared from residual streams are made considering two different methodologies. After pre-treating the crude oils to prepare bunker fuels, that mixture shows a better ignition and combustion performance than those prepared with residual streams. Finally, this study compares the effect of different diluent streams and the heavy fraction contribution to products ignition and combustion quality