Com os grandes avanços ocorridos na disponibilização de computadores, existe uma tendência contínua para a utilização de técnicas computacionais auxiliando no projeto de equipamentos de engenharia. Cada vez mais estão se obtendo resultados bastante próximos às condições reais, incluindo a simulação de motores de combustão interna. Neste sentido o presente trabalho tem o objetivo de analisar o escoamento turbulento no processo de admissão de ar em um motor operando em ciclo Diesel. A investigação é focada na determinação da influência do passo de tempo no cálculo do coeficiente de descarga e razão de swirl. Adicionalmente, o campo de velocidades, pressão, energia cinética turbulenta e outros parâmetros são apresentados e analisados, com o objetivo de auxiliar no entendimento da dinâmica envolvida. Essencialmente, dois modelos de turbulência são empregados, juntamente com dois tratamentos de parede. Seus resultados também são confrontados e discutidos. A geometria considerada é de um motor Fiat 1.9 L quatro tempos com duas válvulas. A análise é concentrada em um único cilindro. O pacote computacional utilizado é o Star-cd, e seu aplicativo es-ice. A independência de malha foi obtida, chegando a 1.672.056 volumes. Os resultados são apresentados de duas formas. A primeira delas refere-se a resultados de simulações em regime permanente, realizadas em boa parte por outros autores, com ênfase na determinação do coeficiente de descarga e razão de swirl, estes confrontados com valores experimentais, visando à validação da metodologia. Fica evidente a importância da escolha do modelo de turbulência na simulação de motores de combustão interna, assim como das funções de interpolação utilizadas. Na segunda parte os resultados referem-se a uma análise transiente, considerando o movimento do pistão e válvulas, a 1500 RPM. Observa-se a grande exigência quanto ao passo de tempo requerido no transiente real, ficando demonstrado que para esta velocidade o menor passo de tempo utilizado, 0,05° (5.5555E-6 s), ainda é insuficiente para alguns momentos do ciclo. É possível notar maior influência no coeficiente de descarga do que na razão de swirl, em relação aos passos de tempo utilizados. A forte dependência do modelo de turbulência nos resultados obtidos é mais uma vez confirmada, conforme o esperado, já que as hipóteses sobre a física do fenômeno são diferentes em cada modelo. Os resultados quanto ao tratamento na parede não apresentaram significantes diferenças, quando aplicados junto ao modelo de turbulência k-ω SST. / Considering the increase in the availability of computers, there is a continuing trend toward the use of computational simulation aiding in the design of engineering equipments. Reasonable results, close to the real conditions, are obtained, including the simulation of internal combustion engines. In this way, the present work has the objective of analyzing the turbulent flow in the air intake process of an engine operating in Diesel cycle. The investigation focuses on the determination of the time step in the calculation of the air discharge coefficient and swirl ratio. Additionally, the turbulent kinetic energy, pressure and velocity fields, besides other parameters, are presented and analyzed, with the objective of aiding in the understanding of the involved dynamics. Essentially, two turbulence models are employed, together with two wall treatments. Their results are also confronted and discussed. The considered geometry is a four-stroke, 1.9-L FIAT engine, with two valves. The analysis is concentrated on a single cylinder. The software package used is the Star-cd, and its application es-ice. The mesh independence is carried out, arriving in 1.672.056 volumes. The results are presented in two ways. The first one refers to simulation results of the steady state, also accomplished by other authors, with emphasis in the determination of the discharge coefficient and swirl ratio. These data are confronted with experimental values, aiming to validate the applied methodology. The importance of the choice of the turbulent model becomes evident in the simulation of internal combustion engines, as well as the interpolation functions used. In the second part the results refer to a transient analysis, considering the valves and piston movement, at 1500 rpm. It is observed the great demand on time step required is observed for the real transient, demonstrating that, for this speed, the smallest time step used, 0.05º (5.5555E-6 s), is still insufficient for some moments of the cycle. Also regarding the time step, it is possible to notice a greater influence in the discharge coefficient than in the swirl ratio. The strong dependence of the turbulence model on the results is once again confirmed, as expected, since the hypotheses about the physics of the phenomenon are different in each model. The results, regarding the wall treatment, presented no significant differences, when applied together with the SST k-ω turbulence model.

Nas últimas décadas, questões sobre o controle de emissões em motores à combustão interna e sobre a redução de consumo de combustível vêm sendo debatidas globalmente, com claros desdobramentos em especificações de controles mais restritos, a fim de permitir a comercialização de novos motores à combustão interna a consumidores mais exigentes, que presam pela qualidade de vida e meio ambiente. Mesmo com a introdução de novas tecnologias, os motores ainda apresentam uma grande perda da energia gerada por conta do atrito mecânico. Com base neste contexto, os projetos dos novos motores visam uma melhor eficiência térmica e mecânica, com auxílio de soluções de engenharia que possam beneficiar o desempenho dos motores, resultando em uma melhor queima do combustível e menor atrito. Um dos contribuintes mais relevantes para o atrito num motor é o sistema pistão-anel de pistão-camisa de cilindro que é o foco de muitos trabalhos em busca da redução das perdas por atrito. As propriedades dos filmes à base de carbono tipo diamante (Diamond-Like Carbon - DLC) são bem conhecidas por apresentam alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito, tornando-se adequados para diferentes aplicações tribológicas. O presente trabalho discute a viabilidade técnica de se aplicar um filme DLC amorfo hidrogenado, com gradiente de composição química, sobre a superfície interna brunida de camisas de cilindro para redução do atrito. A metodologia aborda duas espessuras de filme: 2,5 e 12,5 μm, depositadas pelo processo de deposição química em fase vapor assistida por plasma (PACVD), como alternativa para redução do atrito do motor e, consequentemente, redução no consumo específico de combustível, e ainda na redução do desgaste dos anéis de pistão e da superfície de trabalho da camisa de cilindro. Comparando camisas de cilindro com mesma rugosidade na superfície interna, denominadas camisas de referência (sem revestimento interno) e camisas recobertas com filme DLC, testes de bancada com movimento recíproco de contato mostraram redução do coeficiente de atrito (COF) em até 19%. Testes de motor ciclo Otto e Diesel em banco de prova com dinamômetro conferiram, respectivamente, uma redução da pressão média efetiva de atrito (FMEP) do motor em até 12% e consumo específico de combustível (BSFC) em até 2,5% em rotações de 1000 a 1400 rpm. / In the last few decades questions about emissions level control for internal combustion engines as well as fuel consumption reduction have been debated in a global bases with clear deployments in more restricted control specifications to allow the commercialization of new internal combustion engines to more restrictive markets that look for a better life quality and environment. Even with the introduction of new technologies the engines still present a significant loss of energy due to the mechanical friction. With base in this context, the new development projects seek for high mechanical-thermal efficiency linked with engineer that can benefit the engine performance with a better combustion process and reduced friction as well. One of the most relevant contributors for the friction in an engine is the piston-piston ring-cylinder liner system which has been the focus of many research works with focus on reduce engine friction losses. The properties of Diamond-Like Carbon films (DLC) are well-known such as superior wear resistance and low friction coefficients that makes suitable for many different tribology applications. This work evaluates the application of a graded hydrogen amorphous DLC film with applied over cylinder liner running surface. The methodology approach two coating thickness: 2.5 and 12.5 μm, deposited by the plasma assisted chemical vapor deposition process (PACVD) as the alternative solution for engine friction reduction and thus a reduction on brake specific fuel consumption (BSFC), and a improved wear resistance behavior of the piston rings and cylinder liner contact surfaces as well. By using baseline parts without inner DLC coating and DLC coated parts with similar running roughness surfaces, comparative reciprocating bench tests showed a tendency of coefficient of friction (COF) reduction in up to 19%. In a same trend, fired gasoline and diesel engine tests showed a friction mean effective pressure reduction (FMEP) in to 12% and small brake specific fuel consumption (BSFC) in up to 2.5% at low engine speed range respectively.

Este trabalho contém um estudo experimental para a obtenção e a validação de um combustível à base de água, obtido através da eletrolise desta e denominado de HHO (Gás de Brown), a ser utilizado como auxiliar na queima de hidrocarbonetos dos demais combustíveis fósseis e de fontes renováveis como o álcool hidratado (etanol). Para a realização deste trabalho foi utilizado um eletrolisador composto por placas de aço inox 316L e eletrólito à base de hidróxido de potássio, conjunto este de eletrólito em sua concentração ideal, material de construção do eletrolisador determinado através de estudo prévio em bibliografia. Posto o sistema em funcionamento, realizado a análise exergética da composição e do gás gerado, onde se verificou a existência de energia disponível para gerar trabalho útil e que o maior desperdício se encontrava na potência elétrica utilizada para a produção do gás. Após esta validação o gás foi submetido a testes em dinamômetro de desempenho e emissões com motores de combustão interna com deslocamento de 1,6 litros, porém com configurações diferentes de alimentação. Para que os dados refletissem a utilização de maior demanda de combustível, como no trânsito urbano, foram escolhidas as rotações de 1500rpm, 2500rpm e 3500rpm, com aberturas de borboleta em dois estágios, total 100% e abertura parcial a 40%. As variáveis controladas foram a potência, o torque, o consumo instantâneo de combustível, o fator lambda (λ) e a emissão dos gases CO, CO2 e HC. Em ambos os testes, aberturas total e parcial, com suas respectivas particularidades de no sistema de alimentação, foram apresentadas tendências de melhora em desempenho e reduções de emissões, devido aos valores obtidos estarem dentro das incertezas de medição no caso do sistema de alimentação por carburador e combustível principal o álcool hidratado, contudo no caso do sistema de alimentação por injeção eletrônica programável à gasolina comercial, com injeção de gás individualizada os resultados apresentados ficaram moderadamente acima das incertezas de medição. Entretanto, o sistema utilizado no experimento com gasolina + HHO e injeção programável, apresentou uma redução de emissões de CO em 26,4% (abertura parcial) e 18,6% (abertura total), reduzindo as emissões de HC em 16% (abertura parcial) e 14,5% (abertura total) e, por sua vez, o consumo de combustível reduziu em 29,6%. / This work contains an experimental study to obtain and validate a water-based fuel obtained through the electrolysis of this one and denominated HHO (Brown Gas), to be used as an auxiliary in the hydrocarbon burning of other fossil fuels and renewable sources such as hydrated alcohol (ethanol). For this work, an electrolyzer composed of 316L stainless steel plates and electrolyte based on potassium hydroxide was used, this electrolyte assembly in its ideal concentration, electrolyte construction material determined through a previous bibliography study. After the system was in operation, the exergy analysis of the composition and generated gas was performed, where the existence of available energy to generate useful work was verified and that the greatest waste was in the electric power used for the production. After this validation the gas was submitted to dynamometer tests of performance and emissions with engines of internal combustion with displacement of 1.6 liters, but with different feeding configurations. For the data to reflect the use of higher fuel demand, such as in urban traffic, the revolutions of 1500rpm, 2500rpm and 3500rpm were chosen, with twostage butterfly apertures, total 100% and partial opening at 40%. The variables controlled were power, torque, instantaneous fuel consumption, lambda factor (λ) and emission of CO, CO2 and HC gases. In both tests, total and partial openings, with their respective peculiarities of the feed system, presented trends of improvement in performance and emission reductions, due to the values obtained being within the uncertainties of measurement in the case of the carburetor feed system and the main fuel is the hydrated alcohol, however in the case of the commercial gasoline programmable electronic fuel injection system with individualized gas injection the presented results were moderately above the measurement uncertainties. However, the system used in the experiment with gasoline + HHO and programmable injection showed a reduction of CO emissions by 26.4% (partial opening) and 18.6% (total opening), reducing HC emissions by 16% ( partial opening) and 14.5% (total opening) and, in turn, fuel consumption decreased by 29.6%.

O avanço no estudo da simulação numérica somado ao crescimento da capacidade computacional tem possibilitado a solução numérica de problemas de engenharia cada vez mais complexos. Modelos numéricos mais acurados e robustos têm sido desenvolvidos, aproximando os resultados numéricos dos experimentais. Neste caminho, o presente trabalho tem como objetivo a análise numérica comparada a dados experimentais de ondas de pressão na admissão de ar de um motor de combustão interna, se utilizando do método dos volumes finitos. Para isso, utilizou-se a pressão colhida experimentalmente na porta da válvula como condição de contorno e obteve-se a pressão nos pontos de monitoramento ao longo do domínio. Esta situação física trouxe diversos problemas a serem solucionados ao longo da história, sendo então resolvido no presente trabalho se utilizando do esquema de Runge-Kutta para integração explícita no tempo fictício e do esquema Three-Point Backward Difference (BDF2) para integração implícita no tempo físico. Isto é, se utiliza do Dual Time-Stepping (DTS) na integração temporal, pois usa a matriz de pré-condicionamento para condicionar a solução do problema para escoamentos compressíveis e incompressíveis em todas as velocidades, e esta matriz deteriora a acuracidade temporal que é devolvida pelo DTS. O tratamento dos fluxos invíscidos foi baseado no método da separação dos fluxos de Roe, através do pacote computacional Star CCM+. Percebeu-se que o método se encaixa muito bem na situação estudada, modelando o comportamento físico realisticamente. A velocidade de propagação das ondas de pressão e suas amplitudes são muito próximas dos valores experimentais, tendo os gráficos de seu comportamento em todos os pontos de monitoramento, boa concordância com os gráficos gerados experimentalmente. / The advance in the field of numerical simulation added to the growth of computational capability has enabled the numerical solution of engineering problems become more and more complex. More accurate and robust numerical models have been developed, approximating the numerical and experimental results. In this way, this work aims at the numerical analysis compared to experimental data of pressure waves in the air intake of an internal combustion engine, using the Finite Volumes Method. The pressure is experimentally measured in the valve port and inserted as a boundary condition to obtain the pressure in the monitoring points along the domain. This physical situation has brought many problems to be solved throughout history. The present work applied the Runge-Kutta explicit integration in pseudo-time and Three-Point Backward Difference (BDF2) for implicit integration in physical-time. It is used the Dual-Time Stepping (DTS) for temporal integration, and the preconditioning for incompressible and compressible flows at all speeds deteriorates the temporal accuracy which is returned by DTS. The treatment of inviscid flows was based on the Flux Difference Splitting scheme of Roe, through the computational package Star CCM+. The method fits very well the situation under study, modeling the physical behavior realistically. The speed of propagation of pressure waves and their amplitudes are very close to the experimental values, and the graphs of their behavior present at all monitoring points, good agreement with the experimentally generated graphics.

A velocidade de propagação da chama em motores ciclo Otto é determinante das características do combustível, sendo fundamental seu conhecimento para um melhor ajuste do par motor/combustível. Maior velocidade de propagação da chama possibilita aumentar a potência com o aumento da rotação do motor. Assim, pode-se inclusive atrasar o avanço de ignição, com isto, menor será o trabalho negativo necessário para comprimir a mistura já em combustão antes do Ponto Morto Superior, e, maior será a eficiência do ciclo. A velocidade de propagação da chama é fortemente influenciada pela relação de compressão, condição de mistura, turbulência e avanço de ignição. Este trabalho tem como objetivo analisar a influência destes parâmetros de operação na velocidade de propagação da chama em um motor CFR (Cooperative Fuel Research). Para tanto são apresentados resultados experimentais de medidas de ângulo entre o momento de ignição do combustível e a detecção da chama na extremidade oposta da câmara de combustão por um sensor de ionização em um motor CFR. Também é mapeado o trabalho no diagrama pressão versus volume, que permite a avaliação do trabalho líquido produzido por ciclo e disponibiliza o valor do pico de pressão, o ângulo em que este ocorre, a pressão média efetiva e a curva de fração mássica queimada para cada condição ensaiada. Apresenta-se as análises da variação do ângulo de combustão tanto do MTBE quanto do isooctano em 5 diferentes avanços de ignição. Para o ensaio com etanol hidratado são apresentadas as análises realizadas com 6 relações de compressão, 5 avanços de ignição e 5 relações ar-combustível, onde todos os valores destes parâmetros em estudo abrangem faixas típicas de operação de motores comerciais. Os resultados indicam um menor ângulo de combustão para relações de compressão elevadas, condição de mistura ligeiramente rica e elevados avanços de ignição. / The flame speed propagation in Otto cycles engine is a conclusive fuel feature, whose knowledge has a fundamental importance for a better accuracy of the pair engine/fuel. The higher flame speed propagation enables a greater cylinder filling, which can also increase power with improvements in engine speed, as a result holding back the ignition advance. Thus, it will be necessary a lower negative work to compress the mixture already in combustion before the top dead center, then resulting a greater efficiency cycle. The flame speed propagation is highly influenced by the compression ratio, mixture condition and ignition advance. This thesis proposes to investigate the influence of these operational parameters over the flame speed propagation in a CFR engine [Cooperative Fuel Research]. In this way, the angle measurements are performed between the fuel ignition timing and the flame detection over the opposite edge of combustion chamber by a ionization sensor in a CFR engine, as well as the diagram work pressure versus volume, which allows the net work evaluation produced by cycles and available the high pressure value, the angle with this occurs, the mean effective pressure and the curve of mass fraction burned for each tease condition. It introduces the analysis of combustion duration variation as much MTBE as the isooctane in 5 distinct ignition advance for the hydratated ethanol testing are introduced analysis accomplished with 6 compression ratio, 5 ignition advances and 5 air/fuel ratio, whose parameters values studies incorporates typical operational ratios of commercial engines. The results indicated a low angular combustion duration for the higher compression ratio, slightly rich mixture condition and elevated ignition advance.

Este trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema de controle em malha fechada de torque e velocidade de rotação para testes de motores de combustão interna em uma bancada que possui um dinamômetro de correntes de Foucault. É apresentada uma revisão bibliográfica que abrange a fundamentação teórica básica sobre dinamômetro, alguns dos principais testes realizados em motores de combustão interna e técnicas de controle e instrumentação que estão sendo desenvolvidas por pesquisadores sobre o tema de controle de dinamômetro para testes de motores de combustão interna. O projeto surgiu com a necessidade do Laboratório de Motores da UFRGS realizar vários testes em motores a combustão tendo uma maior confiabilidade e rapidez para aquisição dos resultados. Este sistema está baseado num microcontrolador da família Atmega onde foram implementados os algoritmos de um controlador PID e um proporcional, que controlam respectivamente, os níveis de corrente contínua aplicadas no dinamômetro e o percentual de abertura da borboleta do motor combustão através de um motor de passo. A etapa de controle é executada no microcontrolador e uma interface gráfica foi implementada em Labview. Esta interface gráfica faz a leitura via porta serial dos dados do microcontrolador e traça suas curvas as salvando em arquivo, também se pode visualizar os sinais das temperaturas do motor e dinamômetro e nível de combustível do reservatório. A validação do controle desenvolvido foi comprovada através da verificação da convergência dos sinais para os valores de referência desejados. O controle propiciou também uma diminuição dos tempos para obtenção das respostas desejadas em comparação com o sistema anterior de controle manual. / This paper describes the development of a torque and rotation speed closed loop control system for internal combustion engine tests in a bench using a Foucault current dynamometer. A bibliographical review that encompasses basic dynamometer theoretical concepts, some of the most important tests applied to internal combustion engines, and control and instrumentation techniques currently under development on dynamometer testing for internal combustion engines is presented. This project needs to perform tests in combustion engines which would produce more dependable and faster results. The system herein developed is based on an Atmega-type microcontroller where algorithms of both a PID and a proportion controller, controlling respectively the levels of direct current applied through the dynamometer coils and the opening of an internal combustion engine throttle body by means of a step motor, were implemented. The control stage was done in the microcontroller and a graphic interface for a personal computer was created in Labview. This graphic interface facilitates the microcontroller data reading and traces its curves, saving them in a file; also, the engine and dynamometer temperature signals and the tank fuel level can be visualized. The validation of this control has been proved by the signal convergence check for desired reference values. Furthermore, the control has enabled a reduction in ideal answer time attainment as compared to the previous manual system.

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2010 / Bibliografia: f. 101-104 / As preocupações de especialistas referentes ao petróleo como fonte de energia finita e às questões ambientais no que diz respeito às emissões dos gases poluentes, mobilizam o desenvolvimento de tecnologias que reduzam as emissões de poluentes e que utiliz / The concerns of experts concerning oil as a finite energy source and environmental issues with regard to emissions of greenhouse gases, mobilize the technologies development to reduce pollutant emissions and to use alternative energy sources. In this sens

O conceito de um motor rotativo de palhetas é apresentado e o modelo que opera similar aos motores recíprocos dois tempos é analisado. Este motor é formado por estator cilíndrico, rotor descentralizado, palhetas radiais e tampas laterais, similar aos compressores de palhetas radiais. Parâmetros geométricos estão definidos para que o motor possua características similares a dois motores recíprocos comerciais igualmente modelados. Suas geometrias estão detalhadas, assim como a modelagem termodinâmica e suas hipóteses, as quais devido ao caráter comparativo do trabalho não têm grande influência no alcance dos objetivos. Em relação aos motores recíprocos, o novo conceito prospecta algumas vantagens: maior compacidade; menor nível de vibrações; maior facilidade de alteração da razão de compressão; possibilidade de produção e montagem em módulos; e devido a todas estas, as maiores possibilidades para o projeto, fabricação, montagem e operação dos motores. Para melhor entendimento de algumas tendências relativas a estas vantagens, a sensibilidade dos parâmetros geométricos é estudada, com variações nos diâmetros do estator e do rotor, na espessura do rotor e das palhetas, na excentricidade entre rotor e estator, e no número de palhetas do conceito. Este estudo demonstra características únicas do motor rotativo de palhetas, dentre elas, a variação da espessura do rotor se destaca por proporcionar a alteração do tamanho do motor sem modificar os demais aspectos. A excentricidade entre o rotor e estator demonstra grande potencial na capacidade de alterar a razão de compressão do equipamento, inclusive podendo ser modificada após a construção do motor ou até mesmo durante sua operação. Também se destaca o número de palhetas, o qual tem influência direta sobre a curva de torque do ciclo e a efetividade do posicionamento das janelas de admissão e exaustão. Com isto, é concluída a caracterização da geometria e do funcionamento do motor rotativo de palhetas, obtendo uma boa base para as próximas etapas de seu desenvolvimento. / The concept of a rotary vane engine is presented and the model that operates similar to twostroke reciprocating engines is analyzed. This engine is formed by a cylindrical stator, decentralized rotor, radial vanes and side housing plates, similar to the radial vane compressors. Geometrical parameters are defined so that the motor has similar characteristics to two commercial reciprocating engines also modeled. Their geometries are detailed, as well as the thermodynamic model and its assumptions, which due to the comparative nature of the work do not have significant influence in achieving the objectives. With respect to reciprocating engines, the new concept is prospecting some advantages: higher compactness; lowest level of vibration; ease of adjustment of compression ratio; possibility of manufacture and assembly in modules; and due to all these, the numerous possibilities to the design, manufacture, assembly and operation of the engines. For a better understanding of some these advantages trends, the sensitivity of geometric parameters are studied, with variations in the diameters of the stator and rotor, in the thickness of the rotor and the vanes, in the eccentricity between rotor and stator, and in the number of vanes of the concept. This study demonstrates unique rotary vane engine characteristics, among them, the range of rotor thickness stands out for providing a change in engine size without changing other aspects. The eccentricity between the rotor and stator shows great potential for the ability to change the compression ratio of the equipment and can be modified even after the construction or even during operation of the engine. It also highlights the number of vanes, which has a direct influence on the torque curve of the cycle and the effectiveness of the positioning of inlet and exhaust ports. Therewith, the characterization of rotary vane engine geometry and operational design is complete, obtaining a good basis for its next development stages.

Uma maneira ecologicamente correta de manejar os recursos energéticos disponíveis e reduzir as emissões de gases de efeito estufa é utilizar biocombustíveis ao invés de combustíveis de origem fóssil em motores de combustão interna. Entretanto, o preço mais alto dos biocombustíveis pode ser um fator limitante para o aumento e viabilização do seu uso. Em relação ao etanol, para se obter misturas com mais de 80% de etanol em água o custo de produção cresce exponencialmente. Assim, se misturas de etanol com alto percentual de água, de menor custo, puderem ser utilizadas em motores de combustão interna com sucesso, esse combustível pode se tornar mais atrativo e mais amplamente utilizado. Este trabalho analisa o desempenho de um motor de ignição por centelha operando com etanol em diferentes percentuais de hidratação, através de simulações computacionais e procedimentos experimentais. Foi utilizado um motor monocilíndrico de 0,668L e naturalmente aspirado, com relação de compressão de 19:1 e injeção direta em pré-câmara, ciclo Diesel, foi modificado para operação em ciclo Otto - injeção de combustível no duto de admissão e relação de compressão de 12:1. Testes em dinamômetro foram conduzidos com o etanol hidratado comercial (95% de etanol e 5% de água) e com misturas de etanol e água com maiores percentuais de hidratação (conteúdo volumétrico de até 60% de etanol e 40% de água). Simulação computacional através de software de volumes finitos unidimensional foi utilizada para realizar a análise da combustão. Foi possível alcançar operação estável com misturas de até 40% de água em etanol e ocorreu aumento de eficiência térmica para misturas de até 30% de água. / An environmentally friendly way to manage the available energetic resources and to reduce greenhouse gas emissions is to use bio instead of fossil fuels in internal combustion engines. However, the sometimes higher prices of biofuels can be a limiting factor for their widespread and viable use. Concerning ethanol and its production costs, to obtain above 80% ethanol-in-water mixtures demands an exponentially increasing energy supply. Hence, if a low-cost high water content ethanol could be successfully burned in internal combustion engines it would be even more attractive and extensively used. This work analyzes the performance of a spark ignition engine running with ethanol with different percentages of hydration through numeric and experimental simulations. To achieve this goal, a 0,668L naturally aspirated single cylinder engine, with compression ratio of 19:1 and pre-chamber direct injection, operating at Diesel cycle was modified to operate in Otto cycle - port fuel injection, with a compression ratio of 12:1. Dynamometer tests were carried out with commercial hydrous ethanol (95% ethanol and 5% water) and water-in-ethanol blends with higher hydration levels (volumetric content up to 60% ethanol and 40% water). Computer simulation through one-dimensional finite volume software was carried out to perform a heat release analysis. It was possible to achieve stable operation with up to 40% water-in-ethanol blends and thermal efficiency increase was achieved for blends with up to 30% of water.

A utilização de combustíveis fósseis é percebida, cada vez mais, de forma negativa, visto seus elevados níveis de emissão de gases de efeito estufa. Por conta disso, busca-se a ampliação do uso de combustíveis de origem renovável de forma a diminuir o impacto ambiental. Dentre esses, o etanol se destaca pelas excelentes características físico-químicas. Ao se reduzir o nível de pureza (diluição em agua) durante o processo de destilação desse combustível, obtém-se um sensível decréscimo da energia dispendida na sua produção. Isso se deve ao crescimento exponencial do consumo energético para obtenção de misturas com teor de etanol superiores à 80% v/v. Assim, a possível utilização de misturas superhidratadas, mesmo que apresentem menor poder calorífico, resultam em uma economia direta de energia no processo de obtenção. Dessa forma, esse trabalho avalia o impacto da utilização de misturas de etanol com elevadas concentrações de água em um motor monocilíndrico de testes, com volume deslocado de 0,668 L, injeção de combustível no coletor de admissão, e ignição por centelha. Inicialmente, avaliou-se via testes de bancada o efeito da substituição direta do etanol comercial por misturas com maior hidratação nos parâmetros de desempenho e emissões. Em seguida, buscou-se explorar as características anti-detonantes da água através do aumento da razão de compressão visando ao aumento de eficiência indicada do motor. Por fim, estudos numéricos foram conduzidos de forma a verificar o efeito da concentração de água sobre os valores de velocidade de chama e temperatura adiabática em uma chama livre unidimensional. Foram também determinados os valores de tempo de indução para condições de temperatura e pressão experimentais. Com isso, observou-se a possibilidade de operação com elevadas razões de compressão para maiores percentuais de água com sensível aumento da eficiência indicada e nível de emissões semelhantes ao etanol comercial. O aumento de água causou uma diminuição na velocidade de queima e na temperatura adiabática de chama, enquanto que o tempo de indução possuiu efeitos opostos dependentes da condição de operação. / The use of fossil fuels have faced several restrictions due its higher greenhouse gas emissions during the combustion process in internal combustion engines. Thus, there is an urge aiming to diversify the number of renewable fuels in order to decrease the environmental impact. Among them, ethanol is notorious, presenting excellent physico-chemical properties. Decreasing the ethanol level on ethanol-in-water mixtures after the distillation process, a lower energy expense can be achieved. This is related to the exponential growing in the energy consumption to obtain mixtures containing ethanol in water concentrations higher than 80% v/v. Therefore, the use of highly hydrated mixtures, despite the decrease in heat values, results in energy savings during its production process. This work evaluates the impact of using mixtures containing high water concentrations in a single cylinder engine, 0.668L, with port fuel injection, and spark ignition combustion. The direct replace of commercial ethanol by highly hydrated mixtures was evaluated through dynamometer tests, so performance and emissions parameters were obtained. After this, it was explored the knock resistance increase due to water addition by increasing the compression ratio, aiming at reaching higher indicated efficiency values. Finally, numerical studies were conducted in order to verify the effect of water concentration increase on laminar flame speed and adiabatic flame temperatures in a one dimensional free flame simulation software. In addition, the induction time for temperature and pressure conditions obtained from experimental results was assessed. As conclusions, the increase in water concentration enabled the use of high compression ratios resulting in higher indicated efficiency values than for commercial ethanol with the same exhaust emission concentrations. Higher water volumes resulted in lower laminar flame speeds and adiabatic flame temperatures. In addition, the induction time values presented two different behavior according to the operating conditions.