O objetivo do desenvolvimento do projeto foi minimizar uma das principais desvantagens no uso do gás natural veicular, que é a perda de potência, e aumentar sua eficiência volumétrica através da construção de um circuito eletrônico capaz de gerenciar de forma eficiente a injeção do gás. O aumento do rendimento é obtido através do gerenciamento eficiente da mistura ar-combustível utilizando um sistema de malha fechada. O gerenciamento da relação de potência e economia é conseguido com o uso simultâneo de gás natural e o combustível líquido. Nos sistemas de conversão atuais e nos veículos originais a gás natural, a perda de potência é compensada desligando o sistema de gás e utilizando somente o combustível líquido, sendo esta seleção feita de forma manual na maioria dos sistemas de conversão e de forma automática no Fiat Siena tetrafuel, não possibilitando o uso simultâneo do gás com o combustível líquido. A exigência de potência é medida através do ângulo do pedal do acelerador. Quando a exigência de potência é baixa, o sistema opera apenas com gás. No momento em que há solicitação de potência intermediária, o sistema opera com diferentes proporções de etanol e gás. Na situação de solicitação de potência máxima, é utilizado apenas o combustível líquido. Foram feitas comparações entre o sistema convencional e o sistema proposto, através de ensaios dinamométricos, rodoviários e emissão de poluentes. O veículo Volkswagen Gol com seu sistema original utilizando somente etanol possui potência máxima de 64,06 cavalos, (47,77 Kilowatts) e consumo de 12,6 quilômetros por litro de etanol. Com o sistema convencional de gás natural aspirado, o consumo foi de 21 quilômetros por metro cúbico e a potência não ultrapassou 51,82 cavalos (38,64 Kilowatts), com o protótipo desenvolvido a eficiência volumétrica aumentou 25% com consumo de 26,4 quilômetros por metro cúbico. O gerenciamento de potência proporciona potências intermediárias acima de 51,82 cavalos (38,64 Kilowatts), até a potência máxima de 64,06 cavalos (47,77 Kilowatts) em situações que uma maior potência é requerida. O sistema desenvolvido proporciona o benefício da flexibilidade no abastecimento disponível nos sistemas atuais, com a flexibilidade na potência não disponível nos sistemas atuais. / This project intended to minimize one of the main disadvantages of using natural gas vehicles, which was the loss of power, and increase their volumetric efficiency by building an electronic circuit able to efficiently manage the gas injection. The increase in volumetric efficiency is obtained through the efficient management of air-fuel mixture using a closed loop system. The management of the power and economy ratio is achieved with the simultaneous use of natural gas and liquid fuel. In the current conversion systems and original vehicles that use natural gas, the power loss is compensated by turning off the gas system and using only the liquid fuel. This selection is done manually in most conversion systems, and automatically at Fiat Siena Tetrafuel, not allowing the simultaneous use of gas to liquid fuel. The demand for power is measured by the angle of the accelerator pedal. When the power demand is low, the system operates only with natural gas. When intermediate power is required, the system operates with different proportions of ethanol and natural gas. For maximum power, only ethanol is used. Comparisons were made between the conventional and the proposed system through dynamometer tests, road tests and emission analyses. The Volkswagen Gol with original system using only ethanol has a maximum power of 64.06 horses (47.77 Kilowatts) and consumption of 12.6 kilometers per liter of ethanol. With conventional aspirated natural gas system, the consumption was 21 km per cubic meter and the power did not exceed 51.82 horses (38.64 Kilowatts). With the prototype, volumetric efficiency increases by 25%, with consumption of 26.4 kilometers per cubic meter. The power management provides intermediate powers up to 51.82 horses (38.64 Kilowatts) until the maximum power of 64.06 horses (47.77 Kilowatts) in situations where more power is required. The developed system provides the benefit of refueling flexibility found in the original system, with power flexibility not available in original systems.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver potenciais materiais para aplicações automotivas, em particular como insertos para assento de válvula em motores de combustão interna à gasolina. O desenvolvimento compreendeu as etapas de processamento dos materiais via metalurgia do pó, tratamento térmico, caracterização microestrutural e mecânica, usinagem e desgaste dos mesmos. O desenvolvimento objetivou principalmente a redução de custo e a aplicação de elementos menos poluentes, excluindo-se, por exemplo, a aplicação do Co devido ao seu alto custo e do Pb devido aos seus efeitos toxicológicos e prejudiciais ao meio ambiente. A realização de uma pesquisa minuciosa na busca de patentes relacionadas indicou que os materiais estudados apresentam composições particulares, e, portanto inéditas. Os resultados encontrados nos ensaios de dureza e de resistência à compressão radial nas amostras tratadas termicamente apresentaram resultados superiores aos da liga comercial atualmente em uso. Testes de usinabilidade em amostras sem tratamento térmico apresentaram comportamento similar ao da liga comercial, indicando que a usinabilidade do material praticamente não foi afetada com a mudança na composição química. Após a etapa de tratamento térmico, as ligas obtidas apresentaram valores de esforços de corte superiores aos do material comercial. Os resultados dos testes de desgaste abrasivo em amostras tratadas termicamente apresentaram menores valores de coeficientes de atrito e perda de massa em todos os casos em relação ao material comercial. Este comportamento é devido aos benefícios introduzidos pelo tratamento térmico executado e pela adição de alguns elementos resistentes ao desgaste na forma de carbonetos de Nb e Ti/W. Os resultados dos esforços de corte apresentaram boa concordância com os resultados dos ensaios de desgaste. Os materiais produzidos apresentam-se como potenciais candidatos para substituir, com vantagens, inserto para assento de válvula a base de Fe-Co em motores de combustão interna a gasolina. / The aim of this work was the development of materials for automotive applications, in particular, valve seat inserts for gasoline combustion engines. The development involved the following activities: processing by powder metallurgy techniques, heat treatment, mechanical and microstructural characterization, machining and wear of materials. This work was undertaken aiming cost reduction of this component by the use of cheaper and less pollutant elements, eliminating the presence of Co and Pb due to their high cost and toxicological effects, respectively. The accomplishment of a thorough research into patents revealed that the materials studied here present particular compositions and were not yet produced. The results of hardness measurements and the transverse radial strength of the studied materials, after heat treatment, revealed superior properties than the commercial alloys applied at the moment. The machining tests of the material without heat treatment indicated a similar behaviour in comparison to the commercial alloy, suggesting that the new alloy chemistry composition was not deleterious in this sense. After heat treatment, the obtained alloys presented a cutting force increase in relation to the commercial alloy. Wear tests results of heat treated materials presented smaller friction coefficient and mass loss than the commercial alloy, in all cases. This was especially achieved due to the advantages offered by heat treatment allied to the addition of NbC and Ti/W carbides. The materials obtained here showed to be potential candidates to substitute with advantages, valve seat inserts made of Fe-Co alloys for gasoline combustion engines.

O presente estudo descreve as alterações metalúrgicas e topográficas do cilindro de blocos de motor de combustão interna fabricados em ferro fundido cinzento, após a realização de testes de durabilidade em dinamômetro. O motor testado tem tecnologia Flex-Fuel, e pode ser operado com qualquer proporção de mistura gasolina comum/etanol. Um motor foi testado com combustível etanol e o outro com gasolina comum, buscando-se assim representar duas condições extremas de trabalho em termos de combustível. A pesquisa constituiu-se da revisão bibliográfica e da parte prática que envolveu: a realização de testes de durabilidade de motor em dinamômetro; a caracterização metalúrgica e topográfica do cilindro após teste com ambos os combustíveis, utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura, metalografia por microscopia óptica, perfilometria e quantificação de parâmetros de rugosidade, entre outros; a análise crítica, discussão dos resultados e apresentação da conclusão. / The present study approaches the metallurgical and topographical alterations on the cylinder of an internal combustion engine block made of gray cast iron, after durability dynamometer tests. The tested engine has flexible fuel technology (Flex-Fuel), and is capable to work with both gasoline/ethanol fuels, in any mixture proportion. One engine has been tested with ethanol and another one tested with gasoline, and so representing two extreme conditions on which the engine may work in terms of fuel. The research has been developed basically through the conceptual approach by the bibliographic review and the experimental steps that involved: general engine durability test at dynamometer bench; metallurgical and topographic characterization analysis at laboratory, after the test with both fuels, applying Scanning Electronic Microscopy SEM, optical microscopy metallography, profilometer and roughness parameters quantification, and so forth; critical analysis on the results, discussion and final conclusion.

O presente estudo descreve as alterações metalúrgicas e topográficas do cilindro de blocos de motor de combustão interna fabricados em ferro fundido cinzento, após a realização de testes de durabilidade em dinamômetro. O motor testado tem tecnologia Flex-Fuel, e pode ser operado com qualquer proporção de mistura gasolina comum/etanol. Um motor foi testado com combustível etanol e o outro com gasolina comum, buscando-se assim representar duas condições extremas de trabalho em termos de combustível. A pesquisa constituiu-se da revisão bibliográfica e da parte prática que envolveu: a realização de testes de durabilidade de motor em dinamômetro; a caracterização metalúrgica e topográfica do cilindro após teste com ambos os combustíveis, utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura, metalografia por microscopia óptica, perfilometria e quantificação de parâmetros de rugosidade, entre outros; a análise crítica, discussão dos resultados e apresentação da conclusão. / The present study approaches the metallurgical and topographical alterations on the cylinder of an internal combustion engine block made of gray cast iron, after durability dynamometer tests. The tested engine has flexible fuel technology (Flex-Fuel), and is capable to work with both gasoline/ethanol fuels, in any mixture proportion. One engine has been tested with ethanol and another one tested with gasoline, and so representing two extreme conditions on which the engine may work in terms of fuel. The research has been developed basically through the conceptual approach by the bibliographic review and the experimental steps that involved: general engine durability test at dynamometer bench; metallurgical and topographic characterization analysis at laboratory, after the test with both fuels, applying Scanning Electronic Microscopy SEM, optical microscopy metallography, profilometer and roughness parameters quantification, and so forth; critical analysis on the results, discussion and final conclusion.

Esta dissertação analisa a viabilidade técnico-econômica de pequenas centrais de cogeração a gás natural no setor terciário do estado de São Paulo, os estudos de cogeração foram baseados em casos reais de estabelecimentos comerciais dos principais segmentos do setor terciário com demanda elétrica e térmica compatível ao balanço energético para a configuração de cogeração. A análise dos resultados inclui o fator de utilização de energia (FUE), investimentos iniciais, economia operacional (fluxo de caixa), retorno dos investimentos (Payback), taxa interna de retorno (TIR) e valor presente líquido (VPL). As tecnologias empregadas nos estudos foram gerador do tipo Motor a Combustão Interna (MCI) e Microturbina (TG), resfriador de líquido por absorção (ABS) e resfriador de líquido elétrico convencional. Foi realizada análise do potencial de mercado para aplicação de cogeração através do mapeamento dos principais segmentos do setor terciário e realizado o levantamento do estado da arte. Foram estudadas as legislações brasileiras tanto no que se refere à cogeração qualificada como geração distribuída, realizado análise de emissões com destaque ao comparativo entre emissão de CO2 das centrais de cogeração e a emissão de CO2 das termelétricas a gás natural. Foi realizado estudo do cenário energético brasileiro do ponto de vista geração e distribuição de energia elétrica, cenário da oferta de gás natural no Brasil e a sua estrutura de distribuição no estado de São Paulo e, por fim, foram destacados os benefícios e barreiras da cogeração no Brasil. Os resultados alcançados apontam para um revés na viabilidade financeira da cogeração devido aos consecutivos aumentos no preço da tarifa de gás natural, apesar de bastante racional e com benefícios diretos ao meio ambiente e ao país, fazem-se necessários incentivos específicos relacionados à tarifa do gás natural para o crescimento da aplicação de cogeração no setor terciário do estado de São Paulo. / This dissertation examines the technical and economic feasibility of small cogeneration plants powered by natural gas in the tertiary sector of the state of São Paulo. Cogeneration studies were based on real cases of commercial facilities of the main segments of the tertiary sector with electrical and thermal demands compatible for energy usage in cogeneration configuration. The analysis results include energy utilization factor (EUF), initial investments, operational savings (cash flow), return on investment (payback), internal rate of return (IRR) and net present value (NPV). The technologies investigated in the study were Internal Combustion Engine (ICE) and Microturbine (TG) generator, absorption chiller (ABS) and conventional electrical chiller. It was carried out an analysis of the potential market for application of cogeneration by mapping the main segments of the tertiary sector and conducted a survey of the state of the art. Brazilian laws were studied both with regard to qualified cogeneration and distributed generation, performed emissions analysis with emphasis on the comparative between CO2 emission from cogeneration plant and CO2 emission from power plants by natural gas. It was made a study of Brazilian energy scenario from the viewpoint of generating and distributing of electricity, scenario of supply of natural gas in Brazil and its distribution structure in the São Paulo state and, finally, it was appointed the benefits and barriers of cogeneration in Brazil. The results indicate a setback on the financial viability of cogeneration due to consecutive increases in the price of natural gas, although quite rational and with direct benefits to the environment and the country, it\'s necessary specific incentives related to the natural gas price for the growth of the application of cogeneration in the tertiary sector of the state of São Paulo.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-23T16:43:37Z No. of bitstreams: 1 YOGE JERONIMO RAMOS DA COSTA - TESE PPGEP 2007..pdf: 3893859 bytes, checksum: a59d1d9d1668799657fcdaabc841e817 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T16:43:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 YOGE JERONIMO RAMOS DA COSTA - TESE PPGEP 2007..pdf: 3893859 bytes, checksum: a59d1d9d1668799657fcdaabc841e817 (MD5) Previous issue date: 2007-04-02 / A escassez energética e impacto ambiental são fatores determinantes para a existência de novos estudos da conversão e uso de energia, e a redução dos níveis de poluentes na atmosfera. A operação que usa diesel e gás natural é indicada como uma das melhores formas para controlar emissões de poluentes oriundos de motores diesel e simultaneamente economizar diesel derivado de petróleo. Neste sentido, este trabalho tem como objetivos, estudar teórica e experimentalmente as características de emissões e performance de um motor de combustão interna do ciclo Diesel operando com diesel e gás natural. O sistema térmico experimental é composto de um motor de combustão interna acoplado a um gerador elétrico, instrumentado com sensores de temperatura, pressão, medidores de vazão de ar, diesel e gás natural, sondas de gás e sistema de absorção de potência, constituído por um banco de carga e seu sistema de controle. Para análise energética e exergética teórica do motor foi desenvolvido um modelo matemático baseando-se nos conceitos da termodinâmica. Resultados numéricos e experimentais dos efeitos das condições do ar, tipo e quantidade de combustível, e gases de escape sobre o desempenho do motor e impacto ambiental são apresentados e analisados. A utilização de motores do ciclo diesel trabalhando de forma dual é consideravelmente viável do ponto de vista ecológico, visto a redução da emissão de poluentes tais como CO, CO2, NO e SO2. Com relação aos custos operacionais, estes também se apresentam favoráveis, principalmente para valores de potência superiores a 100 kW. / The energetic shortage and environmental impact are main factors to new research in conversion and use of energy. Natural gas and diesel dual-fuel operation is regarded as one of the best way to control pollutant emissions from the diesel engine and simultaneously save petroleum based diesel fuel. In this sense, the aim of this work is to investigate theorical and experimentally the emissions and performance characteristics of a commercial diesel engine being operated with natural gas and diesel. Experimental facilities (thermal system) is composed by a diesel engine complying to electronic generator, and it was equipped with temperature and pressure sensors, gas, air and diesel flowmeters, gas analyzer and power absorption system (electric charge bank and control system). For energetic and exergetic analysis one mathematical model based in the concept of thermodynamics was developed. The predicted and experimental results of the effect of air conditions, type and quantity of fuel, and exhaust gas in the performance of engine and environmental impact are presented and analyzed. The use of engines of the cycle diesel working in dual mode is considerably viable of the ecological point of view, seen the reduction of the emission of pollutant such as CO, CO2 and SO2. Regarding the operational costs, these also are favorable, mainly for superior power values to 100 kW.

Esta dissertação analisa a viabilidade técnico-econômica de pequenas centrais de cogeração a gás natural no setor terciário do estado de São Paulo, os estudos de cogeração foram baseados em casos reais de estabelecimentos comerciais dos principais segmentos do setor terciário com demanda elétrica e térmica compatível ao balanço energético para a configuração de cogeração. A análise dos resultados inclui o fator de utilização de energia (FUE), investimentos iniciais, economia operacional (fluxo de caixa), retorno dos investimentos (Payback), taxa interna de retorno (TIR) e valor presente líquido (VPL). As tecnologias empregadas nos estudos foram gerador do tipo Motor a Combustão Interna (MCI) e Microturbina (TG), resfriador de líquido por absorção (ABS) e resfriador de líquido elétrico convencional. Foi realizada análise do potencial de mercado para aplicação de cogeração através do mapeamento dos principais segmentos do setor terciário e realizado o levantamento do estado da arte. Foram estudadas as legislações brasileiras tanto no que se refere à cogeração qualificada como geração distribuída, realizado análise de emissões com destaque ao comparativo entre emissão de CO2 das centrais de cogeração e a emissão de CO2 das termelétricas a gás natural. Foi realizado estudo do cenário energético brasileiro do ponto de vista geração e distribuição de energia elétrica, cenário da oferta de gás natural no Brasil e a sua estrutura de distribuição no estado de São Paulo e, por fim, foram destacados os benefícios e barreiras da cogeração no Brasil. Os resultados alcançados apontam para um revés na viabilidade financeira da cogeração devido aos consecutivos aumentos no preço da tarifa de gás natural, apesar de bastante racional e com benefícios diretos ao meio ambiente e ao país, fazem-se necessários incentivos específicos relacionados à tarifa do gás natural para o crescimento da aplicação de cogeração no setor terciário do estado de São Paulo. / This dissertation examines the technical and economic feasibility of small cogeneration plants powered by natural gas in the tertiary sector of the state of São Paulo. Cogeneration studies were based on real cases of commercial facilities of the main segments of the tertiary sector with electrical and thermal demands compatible for energy usage in cogeneration configuration. The analysis results include energy utilization factor (EUF), initial investments, operational savings (cash flow), return on investment (payback), internal rate of return (IRR) and net present value (NPV). The technologies investigated in the study were Internal Combustion Engine (ICE) and Microturbine (TG) generator, absorption chiller (ABS) and conventional electrical chiller. It was carried out an analysis of the potential market for application of cogeneration by mapping the main segments of the tertiary sector and conducted a survey of the state of the art. Brazilian laws were studied both with regard to qualified cogeneration and distributed generation, performed emissions analysis with emphasis on the comparative between CO2 emission from cogeneration plant and CO2 emission from power plants by natural gas. It was made a study of Brazilian energy scenario from the viewpoint of generating and distributing of electricity, scenario of supply of natural gas in Brazil and its distribution structure in the São Paulo state and, finally, it was appointed the benefits and barriers of cogeneration in Brazil. The results indicate a setback on the financial viability of cogeneration due to consecutive increases in the price of natural gas, although quite rational and with direct benefits to the environment and the country, it\'s necessary specific incentives related to the natural gas price for the growth of the application of cogeneration in the tertiary sector of the state of São Paulo.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valter Barragan Neto.pdf: 3036136 bytes, checksum: ab88f80ccbb35090b829c391e8f0536e (MD5) Previous issue date: 2011-09-27 / General Motors do Brasil / Automotive cylinder liners are mechanical components with the function of internal coating of the cylinder automotive engines. The liners have been made of cast iron, which meets the necessary requirements. The replacement of parts made of steel/ cast iron in aluminum alloys has been made with advantages not only in reducing weight as well as fuel consumption and emission of pollutants. This work has an objective to study the possibility to apply the cylinder liners built in aluminum and silicon alloy on engines with computer aided engineering help. The finite element method consists to generate a mathematical model with computational assistance, of geometry, representing several elements that have in common the node connection, forming the finite element, defined as a mesh. For each node the partial differential equations are solved by numerical methods. This study was aided by finite element software Hyperworks, where the mesh was generated and was exported to Abaqus where were performed the processing of input data. The starting point for the simulation of aluminum liners used in internal combustion engines was to define the format of the mesh for the engine block with less refinement, was chosen a mesh with tetrahedron elements of 4 nodes of with size ranging between 1 mm and 12 mm of edge element. The liners was designed with hexahedron elements of six nodes, which by definition are more consistent and have more accurate answers to the elements tetrahedrons and with a larger refinement, about 1 mm, both elements are first order elements with no nodes on edge s midpoint . In function of the process of manufacturing the liners to be cast by centrifugation, layers of elements were created to meet the variation in the amount of the silicon liner, which in turn affects the physical properties of the liner along the thickness of the wall. With this model it was possible to show the viability of applying these liners in engine blocks of cast iron. The analysis has shown that a prototype could be build in order to test the cylinder liners application and also test the wear of the cylinder liner. / Camisas de cilindro automotivo são componentes mecânicos com a função de revestir internamente os cilindros dos motores automotivos. As camisas de cilindros têm sido feitas de ferro fundido, que atende os requisitos necessários de desgaste e rigidez. A substituição de partes feitas em aço e ferro fundido por ligas de alumínio em veículos têm vantagens não só na diminuição de peso como também no consumo de combustível e emissão de poluentes. Este trabalho teve por objetivo estudar a viabilidade da aplicação de camisas constituídas em liga de alumínio e silício em motores com o auxilio de engenharia assistida por computador. O método de modelagem em elementos finitos consiste em gerar um modelo matemático auxiliado por computador, da geometria, constituída por vários elementos que têm em comum nós de ligação formando os elementos finitos, assim definidos por malha. Para cada um dos nós são resolvidas as equações diferenciais parciais por métodos numéricos. O estudo em elementos finitos foi auxiliado pelos softwares Hyperworks, onde foi gerada a malha e exportada para o Abaqus onde foi realizado o processamento dos dados de entrada. O ponto de partida para a simulação das camisas de alumínio aplicadas em motores de combustão interna foi definir a formato da malha para o bloco com um menor refinamento, foi então escolhida uma malha com elementos tetraédricos de quatro nós de tamanho variando entre 1 mm e 12 mm de aresta de elemento. A camisa foi elaborada com elementos hexaédricos de seis nós, que por definição são mais fiéis e possuem respostas mais precisas que os elementos tetraédricos, e com um refinamento maior, cerca de 1 mm, ambos de primeira ordem sem nós intermediários nas arestas. Em função do processo de fabricação da camisa ser a fundição por centrifugação, camadas de elementos foram criadas a fim de satisfazer a variação da quantidade de silício da camisa, que por sua vez afeta as propriedades físicas da camisa ao longo da espessura da parede. Com este modelo foi possível mostrar a viabilidade da aplicação dessas camisas em motores com blocos de ferro fundido. As análises mostraram que um protótipo poderá ser construído para testar a aplicação destas camisas e testá-las quanto ao desgaste.