Thesis (M. Sc.)--University of Hong Kong, 1999. / Includes bibliographical references (leaves 119-127).

[pt] Neste estudo, os esforços são concentrados em se buscar a redução das emissões em motores Diesel-gás. Assim, são apresentados resultados experimentais, obtidos em dinamômetro de bancada, das emissões e desempenho de um motor do ciclo Diesel (turbo alimentado e com intercooler), para operar, reversivelmente, como motor Diesel-gás ou Diesel original. Inicialmente, foram executados ensaios nas duas versões, Diesel e Diesel-gás; logo, os resultados respectivos foram comparados em termos de emissões e desempenho do motor. A seguir, na operação Diesel-gás, foi avaliado o método da restrição parcial do ar de admissão, a fim de produzir uma mistura efetivamente mais rica para a mesma quantidade do gás natural. Os resultados obtidos mostraram uma notável redução nas emissões de monóxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados, para toda a faixa de operação avaliada. Por outro lado, as emissões de material particulado continuaram sendo ínfimas em altas taxas de substituição e os níveis de óxidos de nitrogênio apresentaram certo incremento em altas cargas do motor. Quanto ao rendimento térmico, verificam-se acréscimos quando é alcançado certo valor de taxa de substituição. Contudo, os resultados de emissões e rendimento térmico apresentam melhores resultados em baixas cargas do motor (abaixo de 50% da plena carga). Assim, além de reduzirem-se os níveis de certas emissões em altas cargas, verificou-se uma contribuição adicional do presente trabalho no que diz respeito à redução, de forma parcial, de um dos principais problemas envolvendo a combustão em motores Diesel-gás: a queima incompleta de misturas pobres em cargas baixas. / [en] The focus of this study is the reduction of emissions in Gas-Diesel engines. The experimental results of emissions and performance of a Diesel cycle engine (with turbo and intercooler), obtained by a dynamometer, are presented for operation as Gas-Diesel and as original Diesel engine. First, two kinds of operation were tested: Diesel and Gas-Diesel; then, the respective results of emissions and performance of the motor were compared. After, in Gas-Diesel operation, was evaluated the method of the partial restriction of the admission air, to produce a richer mixture with the same quantity of natural gas used before. The obtained results show a notable reduction of the emissions of carbon monoxide and unburned hydrocarbons for the whole range of evaluated operation. On the other hand, the particulate emissions had kept minims at high rates of substitution and the nitrogen oxides levels presented a bit of increase at high engine load. The thermal performance increases when is achieved a determinate substitution rate value. However, the emissions and thermal performance results have a better behavior at low engine loads (below 50% of the full load). Thus, beyond the levels of some emissions are reduced at high loads, in addition, a reduction was found, of partial form, from one of the main problems involving combustion in Gas-Diesel engines: the incomplete burning of poor mixtures in low loads.

Visando a redução de poluentes emitidos pelos motores de combustão interna com ignição por compressão, que operam conforme o ciclo diesel, foram desenvolvidos nos últimos anos dispositivos para a operação destes motores com novos combustíveis, que além da redução de poluentes barateariam o custo de operação, devido à oportunidade de utilização de alguns combustíveis com boa disponibilidade. No presente estudo analisa-se a operação do motor diesel utilizando gás natural como combustível. Neste caso utiliza-se o óleo diesel apenas como combustível piloto, que será responsável pela ignição do segundo combustível, o gás natural. Em diversas publicações constata-se o ganho ambiental e econômico desta aplicação, porém nada é comentado em relação à alteração de índices de confiabilidade e surgimento de novos modos de falha. Neste trabalho verifica-se através de ferramentas de análise de confiabilidade, tais como a análise do tipo FMEA e Árvore de falhas, quais os principais modos de falha que serão inseridos no motor de combustão interna do tipo diesel quando este passa a operar como bi-combustível, com gás natural. Para tanto, necessita-se subdividir o motor diesel em subsistemas mostrando sua estruturação em árvores funcionais e integrando o kit diesel gás neste sistema. A partir da análise de confiabilidade verifica-se a probabilidade de ocorrência de novos modos de falha, que necessitarão da elaboração de novos planos de manutenção ou mesmo alterações no projeto do subsistema de injeção de gás natural. / In order to reduce pollutants emissions from internal combustion engines with compression bend ignition, designed to operate as the Diesel cycle, it has been developed in recent years devices for the addition of new fuels, which in addition to reducing pollutants could lower the cost of operation, due to the possibility of use of some fuels with good availability. In this case it is used only the diesel oil as the pilot flame, which is responsible for the ignition of the second fuel, the natural gas. Many publications discuss the environmental and the economic gain with the use of natural gas as fuel application, however nothing is said about the change of reliability indexes and the appearance of new failure modes in the engine. In this study through system reliability analysis tools such as Faillure Mode Effects and Analisys and Fault tree analysis it is analysed, which are the main failure modes that are inserted into the internal combustion engine when it comes to operate as dual fuel. For that analyses it is necessary to split the engine into subsystems showing its functional trees and integrating diesel gas kit in this system. New failure modes appear with greater severity than the existing in the traditional diesel engine system, leading to new design and maintenance practices. The end user, according to his need, will have one more parameter to choose whether to adopt a Diesel Gas system.

Visando a redução de poluentes emitidos pelos motores de combustão interna com ignição por compressão, que operam conforme o ciclo diesel, foram desenvolvidos nos últimos anos dispositivos para a operação destes motores com novos combustíveis, que além da redução de poluentes barateariam o custo de operação, devido à oportunidade de utilização de alguns combustíveis com boa disponibilidade. No presente estudo analisa-se a operação do motor diesel utilizando gás natural como combustível. Neste caso utiliza-se o óleo diesel apenas como combustível piloto, que será responsável pela ignição do segundo combustível, o gás natural. Em diversas publicações constata-se o ganho ambiental e econômico desta aplicação, porém nada é comentado em relação à alteração de índices de confiabilidade e surgimento de novos modos de falha. Neste trabalho verifica-se através de ferramentas de análise de confiabilidade, tais como a análise do tipo FMEA e Árvore de falhas, quais os principais modos de falha que serão inseridos no motor de combustão interna do tipo diesel quando este passa a operar como bi-combustível, com gás natural. Para tanto, necessita-se subdividir o motor diesel em subsistemas mostrando sua estruturação em árvores funcionais e integrando o kit diesel gás neste sistema. A partir da análise de confiabilidade verifica-se a probabilidade de ocorrência de novos modos de falha, que necessitarão da elaboração de novos planos de manutenção ou mesmo alterações no projeto do subsistema de injeção de gás natural. / In order to reduce pollutants emissions from internal combustion engines with compression bend ignition, designed to operate as the Diesel cycle, it has been developed in recent years devices for the addition of new fuels, which in addition to reducing pollutants could lower the cost of operation, due to the possibility of use of some fuels with good availability. In this case it is used only the diesel oil as the pilot flame, which is responsible for the ignition of the second fuel, the natural gas. Many publications discuss the environmental and the economic gain with the use of natural gas as fuel application, however nothing is said about the change of reliability indexes and the appearance of new failure modes in the engine. In this study through system reliability analysis tools such as Faillure Mode Effects and Analisys and Fault tree analysis it is analysed, which are the main failure modes that are inserted into the internal combustion engine when it comes to operate as dual fuel. For that analyses it is necessary to split the engine into subsystems showing its functional trees and integrating diesel gas kit in this system. New failure modes appear with greater severity than the existing in the traditional diesel engine system, leading to new design and maintenance practices. The end user, according to his need, will have one more parameter to choose whether to adopt a Diesel Gas system.

O emprego de óleos vegetais como combustível em motores ciclo diesel tem se demonstrado viável após diversos estudos de desempenho já desenvolvidos em diversos motores e configurações, porém apresentando algumas restrições quanto ao seu uso contínuo, dentre as quais se destacam a ocorrência de quebras do motor devido ao excesso de carbonização no cabeçote. No Brasil, a abundância de óleos de origem vegetal constitui um incentivo para a realização de estudos visando ao aproveitamento desses combustíveis alternativos, neste contexto, este trabalho apresenta um estudo das características macroestruturais da formação de sprays de óleo vegetal de soja in natura em um atomizador utilizado em motores diesel em condições de pressão semelhantes às de um motor. Para isso foi montada uma bancada que é constituída de uma câmara pressurizada projetada e fabricada para simular as mesmas condições de massa específica do ar obtidas dentro da câmara de combustão do motor ciclo diesel no instante do início da injeção do combustível. Também é dotada de um sistema de injeção de combustível projetado para que as pressões de funcionamento do conjunto porta injetor mecânico utilizado fosse atingido. O registro da formação do spray é realizado por meio de uma câmara de alta velocidade e alta taxa de aquisição de imagens, como o qual é possível avaliar o comportamento dos jatos de óleo de soja e óleo diesel quanto a distância de quebra, penetração da ponta, velocidade e ângulo de abertura de spray. Das propriedades físico-químicas do óleo vegetal de soja, a que mais se destaca com relação às propriedades do óleo diesel é a viscosidade, que para os líquidos utilizados nesse trabalho foi verificado que é aproximadamente 15 vezes maior que a viscosidade do óleo diesel. Essa grande diferença nas mesmas condições de temperatura produziram resultados de atomização bem distinta entre os líquidos e verifica-se a necessidade de modificação de mais parâmetros do que somente a densidade do gás para que a atomização seja mais próxima do óleo diesel e o óleo vegetal in natura possa ser utilizado nos motores, pois os regimes de atomização observados condizem com o previsto considerando as propriedades dos dois óleos nas condições testadas. / The use of vegetable oils as fuel in diesel engines has proven to be viable after several performance studies already developed in several engines and settings, but presenting some restrictions on its continued use, among which stand out the occurrence of engine failures due to over-charred on the head. In Brazil, plenty of vegetable oils is an incentive to carry out studies for the use of these alternative fuels, in this context, this work presents a study of macro-structural characteristics of the formation of vegetable oil sprays soy in kind in an atomizer used in diesel engines into pressure conditions similar to those of an engine. To this it was mounted on a stand which consists of a pressure chamber designed and manufactured to simulate the same conditions of air density obtained within the combustion chamber of the diesel engine cycle at the time of start of fuel injection. It is also equipped with a fuel injection system designed for operating pressures of the whole mechanical door gun used was reached. The record of the formation of the spray is carried out by means of a camera high speed and high rate of image acquisition, as which it is possible to evaluate the behavior of soybean oil jets and diesel oil as the distance break, tip penetration , speed and spray opening angle. From the physico-chemical properties of vegetable soybean oil, which excels in respect of diesel fuel properties is viscosity, as for liquids used in this work was found that it is approximately 15 times greater than the viscosity of diesel oil. This great difference in the same conditions of temperature produced very different atomization results between the liquid and there is a need for more parameters change than just the density of the gas for atomization is closer to diesel oil and vegetable oil in nature can be used in engines, because atomization schemes observed consistent with the expected considering the properties of both oils under the conditions tested.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-05-07T16:35:35Z No. of bitstreams: 1 Josimar Souza Rosa.pdf: 2316699 bytes, checksum: 10b8be8bf5285234719e629c53ebeb82 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T16:35:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Josimar Souza Rosa.pdf: 2316699 bytes, checksum: 10b8be8bf5285234719e629c53ebeb82 (MD5) Previous issue date: 2014-03-21 / Nenhuma / Este trabalho buscou analisar o funcionamento de um motor de combustão interna (ciclo Diesel) operando com misturas parciais de óleo diesel com gás natural veicular, e óleo de soja com gás natural veicular. Os ensaios foram realizados em um motor Agrale modelo M90, monocilíndrico, acoplado a um alternador, tendo como carga um banco de resistências. A análise realizada contemplou o desempenho em termos de consumo de combustível, potência e emissões gasosas de óxidos de nitrogênio, dióxidos de enxofre, monóxido de carbono, entre outros gases, bem como a análise da opacidade da fumaça. Os resultados mostraram que é viável a utilização de gás natural em motores ciclo Diesel sem remoção do sistema de injeção de diesel original, representando uma considerável redução nas emissões específicas dos óxidos de nitrogênio, sem perda de potência, porém resultando em combustão incompleta em altos percentuais de substituição de combustível líquido por gasoso. De maneira geral o melhor resultado em relação à eficiência foi possível com percentual de substituição de 43,7% de diesel por gás natural, no qual o conjunto motor gerador apresentou rendimento aproximado de 33,17%. A opacidade da fumaça emitida pelo motor foi reduzida significativamente quando funcionou em modo bi-combustível tanto com diesel e gás natural como óleo de soja e gás natural. / This study aims to analyze the operation of an internal combustion engine (diesel cycle) with partial mixtures of diesel oil and natural gas, and oil vegetable soybean and natural gas. The tests were carry in an engine Agrale model M90, monocilynder, coupled to alternator, and which charged a bank of resistors load. The analyses include performance fuel consumption, power and gas emissions of nitrogen oxides, sulfur dioxides, carbon monoxide, and other gases, as well the analysis of the smoke opacity. Results showed that it is feasible to use natural gas in diesel cycle engines without removing the original diesel injection system, generating a considerable reduction in specific emissions of nitrogen oxides, without loss of Power, but resulting in incomplete combustion at high percentages replacement of liquid fuel for natural gas. Generally, the Best result for efficiency was possible with replacement percentage of 43,7% of diesel per natural gas, when the generation setting showed efficiency equal at 33,17%. The smoke opacity was reduced significantly when operated in dual fuel both diesel and natural gas as soybean oil and natural gas.

[pt] Este trabalho avaliou o comportamento de um motor do ciclo Diesel, operando no modo original (Diesel puro) e no modo bicombustível (Diesel / etanol), em dois modos de hidratação do álcool (70 e 93 graus INPM). A rotação foi mantida fixa em 1800 rpm. A finalidade foi estudar os parâmetros de desempenho do motor e analisar a liberação de calor pela combustão, como também, o calor trocado com as paredes. Avaliou-se como parâmetros de desempenho, o rendimento térmico, consumo específico de combustível e emissão de poluentes. A fase inicial do trabalho constou de ensaios experimentais realizados no conjunto motor / dinamômetro nos modos mencionados acima. O objetivo foi coletar a variação de pressão no interior do cilindro, consumo de combustível, emissão de gases, temperaturas em pontos estratégicos, entre outros. Em uma segunda etapa foi realizada uma análise dos parâmetros de desempenho e da liberação de calor. Para emissões de poluentes, observou-se uma diminuição de MP em altas taxas de substituição. No entanto, notou-se um aumento elevado de HC. Em baixas cargas e taxas de substituição elevadas houve redução de emissão de NOx. O rendimento térmico apresentou comportamentos similares em 70 e 93 graus INPM. Em altas cargas e altas taxas de substituição houve um sensível aumento do rendimento quando comparado ao modo original. O rendimento foi menor para baixas cargas com altas taxas de substituição, em relação ao modo original. O início da combustão no modo bicombustível foi antecipado em relação ao modo original, nas condições de altas cargas e máximas taxas de substituição. Isto foi devido à liberação de calor que ocorreu mais cedo no modo bicombustível. Ressalta-se que, nas mesmas condições, houve a ocorrência de um maior calor trocado com as paredes do cilindro, em ambos os modos de hidratação (70 – 93 graus INPM), quando comparado ao modo original. / [en] This work aimed to evaluate a Diesel cycle engine operating in the original (only Diesel) and dual-fuel modes (Diesel / ethanol) in two levels of hydration of alcohol (70 and 93 degrees INPM). Speed was kept fixed at 1800 rpm. The purpose was to study the parameters of engine performance and analyze the heat release by combustion and heat exchanged to the cylinder’s walls. For parameters of performance, evaluation of thermal efficiency, specific fuel consumption and emissions were conducted. Initial activities consisted in trial tests on the engine / dynamometer in the two modes as mentioned above. The goal was to collect the variation of indicated cylinder pressure data, as well as fuel consumption, emissions and temperatures at strategic points. Secondly, performance parameters and heat release analysis was performed. For emissions, a decrease in PM was found at higher replacement rates; however, in the same condition a large increase in HC was obtained. At low loads and at higher replacement rates, NOx emissions were reduced. Thermal efficiency showed similar behavior at 70 and 93 degrees INPM. At high loads and at higher replacement rates a significant increase in thermal efficiency compared to the original mode and for low loads with higher replacement rates thermal efficiency was decreased. In high loads and at higher replacement rates conditions, the process of combustion occurred before in the dual fuel mode, due to earlier heat release compared to original mode (only Diesel). In the same conditions an increase of heat exchanged to the cylinder’s wall in both modes of hydration of alcohol (70 and 93 degrees INPM) compared to the original mode was obtained.

Thesis (M.S.C.E.)--University of Toledo, 2008. / Typescript. "Submitted as partial fulfillments of the requirements for The Master of Science in Engineering." "A thesis entitled"--at head of title. Bibliography: leaves 81-92.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. / Made available in DSpace on 2012-10-23T06:14:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 246127.pdf: 2145087 bytes, checksum: f9496e672a75a63a334dfab608754748 (MD5) / Este trabalho visa avaliar as diferenças existentes nas emissões atmosféricas provenientes da combustão, em motor monocilíndrico, do diesel, biodiesel de resíduos de óleos de fritura e suas misturas. O biodiesel foi produzido no Laboratório de Desenvolvimento de Processos (LDP) da Universidade Regional de Blumenau (FURB) através da reação de transesterificação por catálise básica. O diesel utilizado nos experimentos foi transportado diretamente da Petrobrás Distribuidora S.A. (Transpetro) de Biguaçu, garantindo desta forma a ausência de qualquer quantidade de biodiesel em sua composição. Os experimentos de combustão foram realizados em motor ciclo diesel, quatro tempos com nove cavalos de potência máxima a 2000 rpm (marca Tobata, modelo TR 9), no Laboratório de Combustão e Engenharia Sistemas Térmicos (LabCET). Durante os experimentos, a pressão de injeção do motor foi fixada em 125 +/- 5 kgf/cm² e as rotações em 1000 rpm. Para cada ensaio, o motor foi abastecido com um combustível diferente, sendo seis no total (B0, B2, B5, B10, B50 e B100). Para as análises qualitativas dos compostos orgânicos voláteis (VOC) e quantitativas de benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (BTEX), as coletas dos gases foram realizadas no sistema exaustão do motor em sacos Tedlar (material inerte), utilizando-se bombas diafragma (vácuo/pressão). Posteriormente, realizou-se no Laboratório de Controle da Qualidade do Ar (LCQAr) do ENS/UFSC, extrações dos compostos para tubos adsorventes (temperatura de 20 ºC). Foram utilizados dois materiais adsorventes, CarbotrapTM e TENAX, nos tubos de inox. Os VOC foram extraídos dos tubos por um sistema de dessorção térmica automática (ATD) e analisados por cromatografia gasosa (GC) acoplada à espectrometria de massas (MS). Já para os gases CO, SO2, NO e NOx, as análises foram realizadas durante os ensaios. Utilizaram-se dois analisadores de gases de combustão, Tempest 100 da marca Telegan e Quintox da Lana Sarrate. Os resultados demonstram que existe relativa diferença na composição dos gases exauridos, diminuição nas concentrações dos BTEX, CO e SO2 com aumento do biodiesel nas misturas combustíveis. Já para NO e NOx houve um aumento em suas concentrações à medida que aumentou-se a quantidade de biodiesel no combustível. Propõem-se uma escala, simples e de fácil cálculo, para se avaliar o potencial de toxicidade das emissões.

A crescente busca por novos mercados, redução de custos e atendimento a legislação incentivam estudos e pesquisas no aperfeiçoamento dos materiais, processos e produtos. Uma vez que o bloco do motor é o componente mais importante, e que agrega maior peso e volume no motor, o bloco tem sido alvo de pesquisas na busca de motores mais eficientes. O desenvolvimento do material tradicionalmente utilizado para a fabricação de blocos de motores Diesel, o ferro fundido cinzento, alcançou seu limite. Neste contexto, o ferro fundido vermicular ou Compacted Graphite Iron (CGI) se apresenta como um substituto para tal aplicação com características de condutividade térmica e amortecimento próximas ao do ferro fundido cinzento, porém, com propriedades mecânicas superiores, possibilitando um redução do peso do motor e, consequentemente, economia de combustível, redução da emissão de poluentes (CO2, NOx e particulados) além do nível de ruído. Neste estudo foram determinadas, analisadas e comparadas as propriedades mecânicas e de fadiga do ferro fundido vermicular em relação ao principal material utilizado atualmente em blocos de motores Diesel: ferro fundido cinzento. Os experimentos foram realizados através de ensaios a partir de corpos de prova retirados de blocos de motores recolhidos aleatoriamente da produção, visando determinar às propriedades mecânicas e de fadiga baseado na metodologia da mecânica da fratura. As superfícies de fratura dos ensaios foram analisadas em microscópio eletrônico de varredura (MEV) a fim de caracterizar os micromecanismos de fratura. Resultados dos ensaios realizados evidenciaram as vantagens da utilização de ferro fundido vermicular quando comparado ao cinzento, pois apresentou resultados superiores em todos os ensaios mecânicos e taxa de crescimento de trinca de fadiga uma ordem grandeza menor. Através da análise fractográfica foi possível perceber a influência da morfologia da grafita no efeito concentrador de tensões. / The growing search for new markets, cost reduction, adding value to the product and making products according to the legislation for emissions control have consequently increased studies and research to find improvements in materials, process and products. Considered one of the most important and the heaviest component of the engine, the crankcase has been the main target of the search for more efficient engines. Currently the gray cast iron is the material traditionally used in the fabrication of Diesel engine crankcases, however it has reached its strength limit. In this context, the compacted graphite iron (CGI) comes as an alternative for such applications, with characteristics such as thermal conductivity and damping similar to the gray cast iron, but with superior mechanical properties, allowing the manufacturing of lighter crankcases, better performance and reduced environmental pollution by exhaust gases and fluids. This work was to determine, analyze and compare the mechanical and fatigue properties between gray iron and compacted graphite iron used in Diesel engine crankcases. The experiments were performed by tests on test samples taken from random production crankcases, in order to determine the mechanical and fatigue properties based on fracture mechanical methodology. The fracture surfaces of tests were observed by SEM to characterize the fracture micromechanisms. In this case, results of tests demonstrate the advantages of use compacted graphite iron. In the fracture surfaces was possible to realize the influence of the graphite morphology on the stress concentrating effect.