A presente dissertação trata do projeto de um motor de combustão interna de quatro tempos, ciclo Otto, destinado à categoria de competição Formula SAE, adequado ao mercado brasileiro. Uma extensa pesquisa bibliográfica e de mercado foi realizada para o direcionamento do projeto, além de análises experimentais para obtenção de dados. No estudo experimental foi utilizado um motor monocilíndrico de 300 cc de deslocamento volumétrico, arrefecido a ar, oriundo de uma motocicleta comercial atual, denominado nesta dissertação como \"motor base\". Esse motor foi instalado em uma bancada de dinamômetro e instrumentado de forma a permitir sua avaliação mecânica e termodinâmica. Estudos de desempenho, análises de combustão e emissões também foram realizados, incluindo utilização de etanol, variações da razão ar/combustível e sobrealimentação. Igualmente, foram feitos ensaios experimentais de componentes específicos utilizados no projeto. Os dados experimentais foram utilizados como parâmetros para o projeto mecânico do novo motor Formula SAE, e para a modelagem e simulação do motor base em fluidodinâmica computacional unidimensional (CFD-1D), que foi utilizada como ferramenta auxiliar do projeto. O escopo do projeto mecânico do motor foi restrito ao bloco, virabrequim e alguns componentes de integração, uma vez que todos os demais componentes foram extraídos do motor base e de outros motores presentes no mercado nacional. O motor Formula SAE foi projetado em ambiente computacional (CAD), sendo que para o projeto mecânico do bloco e virabrequim foram realizadas simulações computacionais estruturais, utilizando o método dos elementos finitos (FEA), para verificação da distribuição de tensões nos componentes projetados. O novo motor Formula SAE apresentou vantagens significativas em relação aos custos para aquisição de peças de montagem e reposição, e proporcionou flexibilidade de montagem e operação. / The present dissertation addresses the design of a 4 stroke Otto cycle internal combustion engine dedicated to Formula SAE student program and fitted to the Brazilian market. An extensive literature review and a market benchmark were performed, in order to provide guidance to the project, and experimental analysis for data acquisition. For the experimental study, a 300 cm3 single cylinder air cooled motorcycle engine has been used, taken from a motorcycle currently in production, available in Brazilian market, called in this dissertation as \"base engine\". This engine has been installed in a dynamometer test bench and instrumented in order to allow its mechanical and thermodynamic evaluation. Performance, combustion and emissions analysis were also performed, including ethanol fueling, air/fuel ratio variation and supercharging. Experimental tests with specific engine components were performed to provide necessary design data. The experimental data were used as input parameters for the mechanical design, as well as for modeling and simulation of the base engine on one-dimensional computer fluid dynamics, which was used as an auxiliary tool for this project. The scope of mechanical design of this engine was restrict to the crankcase, crankshaft and some assembly components, since all other components were taken from the base engine and other engines from the national market. The design was assisted by computer aided design (CAD). In order to verify the crankcase and crankshaft mechanical design regarding stress distribution, computational structural analysis have been performed using the finite element method (FEA). The new Formula SAE engine presented significant advantages regarding purchasing costs of parts for assembly and maintenance, and provided assembly and operation flexibility.

O processo de admissão e exaustão exercem grande influência no desempenho de um motor a combustão interna. Vários têm sido os estudos para conhecimento e detalhamento do comportamento dos parâmetros que interferem nesses processos, nas últimas décadas. Este trabalho voltou-se principalmente para o ensaio experimental de um motor do ciclo Otto utilizando etanol como combustível, avaliando o desempenho deste motor utilizando três tipos distintos de comando de válvulas e dois coletores de admissão diferentes em sua geometria, além do uso da turbo - alimentação. Numa etapa complementar fez-se uma proposta inicial de simulação numérica do comportamento hidrodinâmico do escoamento na admissão, usando técnicas de CFD, através do software CFX. Os resultados experimentais permitiram apontar o melhor arranjo não só sob o ponto de vista de torque, potência e consumo específico, como também, o que apresentou menor índice de emissões para os gases CO, CO2, NOx, HC. Criou-se um farto banco de dados para subsidiar pesquisas em motores movidos a etanol, material escasso na bibliografia aberta. A simulação numérica apresentou concordância com alguns parâmetros medidos, mas merece ainda alguns ajustes no refinamento da malha, no tempo de simulação, e no número de ciclos ensaiados, para comprovação e maior confiabilidade nos resultados obtidos. / Intake and exhaust process exercise great influence in Internal Combustion Engine performance. The behaviour of parameters that interfere in this process have been studied in the last decades. The mainly goal of this work is to test experimentally a cycle Otto engine that use ethanol as fuel, evaluating its performance using three different types of the camshaft and two intake manifold of different geometry, besides the use of the turbocharger. In addition an initial proposal numeric simulation of the hydrodynamic flow behaviour in intake, using techniques of CFD with the software CFX was made. The experimental results allowed to aim the best arrangement of the torque, specific consumption and power and what presented lower index of emissions for the gases CO, CO2, NOx, HC. A full database was created to subsidize researches in engines powered ethanol. The numeric simulation presented agreement with some measured parameters, but it still deserves some fittings in the refinement of the mesh, in the time step of simulation and in the number of rehearsed cycles, for confirmation and larger reliability in the obtained results.

O sistema tribológico anel/cilindro é considerado de elevada complexidade. Condições de regime de lubrificação limítrofe, mista e hidrodinâmica se intercalam devido às cargas alternadas e velocidades variáveis do sistema. As elevadas temperaturas envolvidas e a presença de substâncias corrosivas e de outros contaminantes também contribuem para a ocorrência de diferentes intensidades e mecanismos de desgaste ao longo do cilindro. Apesar dos significativos avanços na avaliação do desgaste em cilindros de motores, algumas questões permanecem em aberto, tais como: Quais são os principais causadores do desgaste por abrasão em motores flex-fuel? Quais são os principais mecanismos de endurecimento atuantes em cilindros de motores flex-fuel? É possível que o ponto morto superior (PMS) não seja a região do cilindro com maior desgaste? É possível estimar o desgaste de cilindros de motores considerando apenas alterações topográficas em nível de rugosidade? O folded metal pode afetar significativamente o desgaste de cilindros de motores? Como este defeito é formado? Estas e outras perguntas são respondidas ao longo deste trabalho. Para tanto, o presente trabalho avalia o desgaste em cilindros de motores de combustão interna por meio de duas vertentes, sendo elas: o mapeamento de modos e mecanismos de desgaste e a quantificação do desgaste via perda volumétrica. Além disso, são investigadas eventuais causas de intensificação do desgaste e possíveis modos de minimização do desgaste. Os efeitos das alterações topográficas decorrentes do desgaste no desempenho do motor também são analisados. O método da perfilometria óptica foi utilizado nas análises de quantificação do desgaste com o propósito de avaliar a perda volumétrica de material em diferentes regiões do cilindro. Para tanto, dez diferentes métodos para estimativa de desgaste foram propostos. Embora a maior parte dos trabalhos publicados utilize os vales como altura de referência para comparação entre superfícies antes e após o desgaste, o presente trabalho mostrou que melhores resultados para estimativa de desgaste de cilindros com acabamento do tipo plateau honing podem ser obtidos utilizando-se a altura correspondente ao Smr2 como referência absoluta. Contudo, a mesma altura de referência não apresentou resultados satisfatórios na quantificação de desgaste em cilindros com acabamento do tipo standard honing. Deste modo, constatou-se que a escolha do melhor método para estimativa do desgaste via perda volumétrica é altamente dependente do acabamento do cilindro. Verificou-se também no trabalho que os principais mecanismos de desgaste atuantes nos cilindros do motor flex-fuel são desgaste por abrasão e por reações triboquímicas, com participação menos expressiva de desgaste por fadiga de contato e por adesão. Neste mesmo motor, verificou-se também que o desgaste por abrasão ocorreu principalmente devido à ação abrasiva de debris e/ou pela interação direta entre anel e cilindro, sendo que os produtos de combustão tiveram menor importância. Contudo, fatores como mau funcionamento do motor ou acabamento do cilindro podem afetar na contribuição da ação de resíduos do processo de combustão sobre o desgaste abrasivo total do cilindro. Verificou-se que o desgaste de cilindros de motores ocorre preferencialmente nas bordas dos sulcos de brunimento, de modo que a redução da quantia de folded metal pode contribuir significativamente para a redução do desgaste. Estudou-se também o efeito dual da grafita: como lubrificante sólido (o que contribui para a diminuição de atrito e desgaste do cilindro) e como concentradora de tensões (o que contribui para o aumento do desgaste). Além disso, verificou-se que grafitas também podem contribuir para o surgimento do defeito folded metal. Assim, sugere-se que a morfologia da grafita pode ser alterada de modo a se obter não apenas um material com maior resistência à fadiga, mas também uma superfície com menos defeitos superficiais e, consequentemente, com menor propensão ao desgaste. Constatou-se também que o tipo de óxido formado na superfície do cilindro pode afetar consideravelmente sua taxa de desgaste e, portanto, dependendo da composição do cilindro e das condições operacionais do motor, é possível que o PMS não seja a região do cilindro com desgaste mais acentuado. O trabalho também mostrou que os mecanismos de endurecimento atuantes em cilindros de motores flex-fuel são decorrentes de recristalização com refino de grão e encruamento. Finalmente, verificou-se por meio de simulações computacionais que o alisamento da topografia do cilindro (resultante do processo de desgaste) tende a aumentar o coeficiente de atrito na região de meio de curso do pistão e a diminuí-lo nos pontos de reversão. / The tribological system piston ring/cylinder bore is considered to be of high complexity. Due to the presence of alternate loads and variable speeds, boundary, mixed and hydrodynamic lubrication regimes occur at each stroke of the engine. High temperature and corrosive substances also contribute to the occurrence of different wear intensities and mechanisms in cylinder bores. Despite significant advances in the wear assessment of cylinder bores, some issues still remain, like: What are the main causes of abrasion in cylinder bores from flex-fuel engines? What are the main strengthening mechanisms in cylinder bores from flex-fuel engines? Is it possible that the top dead center (TDC) of the engine is not the region with highest wear? Is it possible to estimate wear of cylinder bores considering just topographic changes in roughness level? Can folded metal significantly affect the amount of wear in cylinder bores? How is this defect generated? These and other questions will be answered in this work. Therefore, the present work is focused on the analysis of wear in cylinder bores based upon two different approaches: the assessment of wear modes and mechanisms and the quantification of wear volume losses. Also, possible causes of wear intensification and possible ways of minimizing wear in cylinder bores will be investigated. The effects of topographic changes due to wear in engine performance will also be analyzed. The method of optical profilometry was used in the wear quantification of cylinder bores to assess wear volume losses in different regions of the cylinder. Therefore, ten different methods for wear estimation were proposed. Although most publications consider valleys as the reference height for comparison between surfaces before and after wear, the present work has shown that better results for wear estimation of plateau honed cylinder bores can be obtained by using the height corresponding to the Smr2 as absolute reference. However, the same reference height did not present satisfactory results in the wear quantification of cylinder bores honed with a standard honing. Therefore, this work has shown that the choice of the best method for wear estimation based on wear volume losses is highly dependent upon the cylinder bore surface finish. In this work, it was also verified that the main wear mechanisms in cylinder bores from flex-fuel engines are abrasion and tribochemical reaction, with less significant contribution of fatigue and adhesive wear. In the same engine, it was verified that abrasive wear was more affected by wear debris and/or by two body abrasion than from combustion products. However, some factors, like engine malfunction or cylinder bore surface finish can affect the contribution of residues from the combustion process in the total abrasive wear of the cylinder. It was also verified that wear occurs preferentially at the edges of honing grooves, so that the reduction in the amount of folded metal can significantly contribute to the wear reduction in cylinder bores. The dual effect of graphite was also studied: as solid lubricant (which contributes to decrease friction and wear) and as stress concentrator (which contributes to increase wear). Also, it was verified that graphite can contribute to the occurrence of folded metal. Therefore, it is suggested that graphite morphology can be changed in order to obtain not only higher fatigue life, but also a cylinder finish with lower amount of honing defects and, therefore, less prone to wear. The present work has also verified that the oxide composition in the cylinder surface can considerably affect its wear rate and, therefore, depending on cylinder chemical composition and engine operating conditions, it is possible that the TDC is not the region of the cylinder with the highest wear rates. It was also noticed that the strengthening mechanisms in cylinder bores from flex-fuel engines are resulting from recrystallization with grain refinement and strain hardening. Finally, it was verified by computational simulations that the surface smoothing of the cylinder (from engine wear) tends to increase the coefficient of friction (COF) in the middle region on the cylinder and to decrease it in top and bottom dead centers.

Orientador: Maria Beatriz Machado Bonacelli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-26T07:31:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vazzoler_LuizFernandoRigacci_M.pdf: 2546389 bytes, checksum: ee62cf11666c126da5f22b48cd181f61 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os veículos flex fuel representam cerca de 90% da atual produção de veículos de passeio no Brasil. Historicamente a utilização de etanol como combustível automotivo remete ao início do século XX, em grande escala à década de 1970 com a conformação do Proálcool e, após um período de descrença, o etanol ressurgiu nos anos 2000 com a difusão da tecnologia flex. Este trabalho tem por objetivo central analisar a constituição da tecnologia flex fuel no país e para isso se apoia nos conceitos de paradigmas e trajetórias tecnológicas, os quais permitem compreender o processo evolutivo dos automóveis, seus sistemas de alimentação de combustível e das diversas alternativas à gasolina e ao motor de combustão interna. Ao lado disso, explora-se a história brasileira na utilização de etanol, sobretudo no período recente a partir de entrevistas e, também, em análises de dados sobre as atividades de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação relacionadas à tecnologia flex brasileira e seus desdobramentos, que estão representados em veículos de maior eficiência energética e com menores índices de emissão de poluentes. Por fim, realiza-se uma análise crítica do marco regulatório atual, o qual dá suporte às atividades do setor automobilístico brasileiro, e indica-se possíveis ações de indução à melhoria da tecnologia flex fuel e do uso do etanol como combustível no país. Uma das hipóteses que baseiam o trabalho de pesquisa aponta que a instabilidade relativa do mercado de etanol e a falta de competição entre as montadoras (no que toca o desenvolvimento de motores) limita a demanda tecnológica e provoca desestímulo à busca por maior eficiência ou mesmo por mudanças mais substanciais da tecnologia flex fuel desenvolvida no país. Conclui-se, dentre outros, que a atual legislação brasileira e o marco regulatório não se apresentam como indutores para alterações substantivas à iniciativa do veículo flex fuel, estimulando apenas melhorias incrementais sem tocar mais fortemente na concorrência da indústria, não explorando as oportunidades abertas pela tecnologia flex fuel / Abstract: Flex fuel vehicles represents nearly 90% of the current production of passenger cars in Brazil. Historically the use of ethanol as an automotive fuel refers to the early twentieth century, in large-scale at the 1970s with the beginning of Proálcool (Brazilian Ethanol Program), and after a disrepute period, ethanol reemerged in the 2000s with the flex fuel technology. This work¿s main objective is to analyze the constitution of flex fuel technology in Brazil, for that is based on the concepts of paradigms and technological trajectories, which allows one to understand the evolutionary movement of developing vehicles, their fuel supply systems and the pursuit of gasoline alternatives and of the internal combustion engine. Alongside this, it explores the brazilian history in ethanol use, especially in the recent period, with interviews and also based on data analysis of Research, Development and Innovation activities related to the flex fuel technology in Brazil, which makes possible the development of more energy efficient vehicles and lower pollutants emissions. Finally, it holds a critical analysis of the current brazilian legal framework, which supports the activities of the brazilian automotive industry, and specifies different ways to induce broader improvements to the use of ethanol as a fuel and the flex fuel technology in the country. One of the hypotheses that based this research points out that the relative uncertainty of the ethanol market and the lack of competition among automakers (concerning to the development of engines) constrains the technological demand and discourages the pursuit of greater efficiency or even more substantial changes on the brazilian flex fuel technology. In conclusion, among others, the current brazilian legal framework is not presented as an inducer for substantive changes on the flex fuel vehicle, encouraging only incremental improvements without leading to stronger competition in the industry, not taking advantage from the opportunities offered by flex fuel technology / Mestrado / Politica Cientifica e Tecnologica / Mestre em Política Científica e Tecnológica

Orientador: Miton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T12:23:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kasper_FabioRobertoSulzbacher_M.pdf: 4085192 bytes, checksum: 2cf3144aebecff7376c131b0335500eb (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: A performance dos motores à combustão interna e suas emissões são governadas por processos fluido dinâmicos não-estacionários. Um bom entendimento destes processos é fundamental para melhorar as características de um motor, e as técnicas da Fluidodinâmica Computacional (CFD) são capazes de reproduzir informações detalhadas a respeito deste escoamento. Entretanto, simulações numéricas de motores ocorrem raramente, e um dos principais empecilhos destas simulações é justamente a dificuldade de abordar este problema, pois se esbarra com a complexidade geométrica do movimento do pistão e das válvulas, além das diversas interações fenomenológicas nos termofluidos presentes no cilindro. O objeto de estudo deste trabalho é a câmara de combustão de um motor FIAT Palio 1.0, com duas válvulas por cilindro e quatro estágios. O pacote computacional utilizado é o CFX-TASCflowTM, um código que se baseia no método dos volumes finitos, porém com abordagem em elementos finitos. Idealiza-se uma câmara de combustão bidimensional, e sua geometria é composta de um cilindro e duas válvulas, as quais, através de sub-rotinas personalizadas, movimentam-se em função do tempo. Para a turbulência, utiliza-se o modelo k-é padrão. Objetiva-se neste trabalho estudar a combustão de diferentes combustíveis nesta câmara de combustão. Os combustíveis avaliados são o metano e o heptano, em que dois mecanismos de reação, um de simples e outro de dupla etapa, são avaliados para o metano, e um mecanismo com quatro etapas de reação é avaliado para o heptano, perfazendo assim três estudos de caso. Apresentam-se resultados qualitativos da fluido dinâmica do motor trabalhando a frio, isto é, sem reação, em que gráficos vetoriais e iso-superfícies de temperatura e pressão são exibidos ao longo dos vários estágios do motor, além de resultados quantitativos, referentes aos três estudos de caso, na forma de gráficos de temperatura, pressão e concentração medidos na base do pistão. Os principais resultados demonstram que a metodologia empregada, baseada nas técnicas de CFD, mostra-se apta a reproduzir o comportamento fenomenológico desta câmara de combustão. E verifica-se ainda, poucas diferenças entre os mecanismos de reação e os combustíveis avaliados a partir do modelo de combustão utilizado neste trabalho / Abstract: Internal combustion engine performance and exhaust emissions are governed by unsteady fluid dynamic processes. A clear understanding of these processes is fundamental to improving engine characteristics. Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques are able to produce detailed information throughout the flow. However, numerical simulations of internal combustion engines occur rarely and one of its main issues is the difficulty to approach this problem. There is a complex geometric issue about the piston and valves movement and there are several interactions between the fluids within the combustion chamber. The target case of this work is the four-stroke combustion chamber of a FIAT Palio 1.0 containing two valves for each cylinder. The computational code used is CFX- TASCflowTM which is a finite volume code based on a finite element approach. A two-dimensional combustion chamber has been built and its geometry is composed by a cylinder and two valves which, through customized subroutines, there is motion in function of time. The standard form of k - E: is used as the turbulence model. The objective of this work is to study several fuel combustion in this chamber. The chosen fuels are methane and heptane, where two reaction mechanisms, one single-step and another two-steps, are evaluated for methane, and a four-step overall mechanism is evaluated for the heptane, i.e. three study cases. First is presented the qualitative results of the engine fluid dynamics having no reaction, where vector plots and temperature and pressure isosurfaces are shown over the engine strokes. The quantitative results referring the three study cases are presented through temperature, pressure and concentration plots measured in the piston base. The main results demonstrate that the methodology used, based on the CFD techniques, reveals the aplicability of its modeling and the combustion chamber behavior. Also is verified few differences between the reaction mechanisms and the fuels evaluated from the combustion model used in this work / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Caio Glauco Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T22:05:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_NerivaldoRodriguesda_M.pdf: 4894128 bytes, checksum: 69ef45ea8aa8986f3f2bb33a0866b270 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho buscou-se desenvolver um método para a determinação da potência indicada em motores de combustão interna e medição da pressão de combustão com um osciloscópio. Para isto é necessário conhecer a curva de pressão de combustão do cilindro em função d posição angular do virabrequim e os dados da geometria do mecanismo biela-manivela. Utilizou-se a pressão de combustão do cilindro para calcular o trabalho transferido pelo gás ao pistão do motor. A pressão de combustão foi medida com um transdutor de pressão piezoelétrico. O efeito piezoelétrico é devido ao fenômeno que ocorre com o cristal de quartzo que quando submetido a uma pressão gera uma carga elétrica. Essa carga é convertida em um sinal de tensão linear e proporcional. Este sinal pode ser analisado por um osciloscópio ou ser condicionado por um sistema de aquisição de dados. Obtidos os dados, estes foram analisados através dos diagramas Log P-Log v, para verificar sua qualidade e se representavam o fenômeno físico medido. A curva da pressão do cilindro versus volume calculado foram plotadas, gerando os diagramas P-v. A área do diagrama P-v durante o tempo de compressão e expansão, que corresponde ao trabalho indicado liquido, foi determinada por integração numérica. A pressão média indicada calculada foi comparada com o valor obtido com o indicador de pressão Indiset 620 da AVL e apresentou resultado satisfatório. Os demais resultados obtidos foram analisados e comparados com os dados da revisão da literatura e apresentaram uma boa concordância. As tecnologias disponíveis para medição da pressão de combustão e os métodos para avaliação da performance são de maior importância para o estudo do processo da combustão, visando o desenvolvimento de motores com alta potência, baixo consumo de combustíveis e baixas emissões tóxicas dos gases de escapamento / Abstract: In this thesis, we were looking for a method to determinate the indicated power in a combustion engine and measurement of combustion pressure using an oscilloscope. To achieve that, it was necessary to know the curve of combustion pressure for each cylinder according to the crankshaft 's angular position and geometric data of connecting rod and crank shaft¿s mechanism. We used the cylinder¿s combustion pressure to calculate the work transferred by the gas to the engine¿s piston. The combustion pressure was measured by a piezoelectric pressure transducer. The piezoelectric effect occurs when a crystal of quartz, that under a certain pressure, generates an electrical signal. This signal is converted to a proportional and linear signal that can be analyzed by an oscilloscope or a data acquisition system. Once we obtained the data, we analyzed it thru a Log P-Log v diagram, verifying its quality and if it represents the measured physical effect. The curve of cylinder¿s pressure versus calculated area was plotted, generating the P-v diagrams. The diagram P-v area, during a certain time of compression and expansion, which correspond to the work indicated, was originated of a numerical integration. The indicated and calculated average pressure was compared to the value obtained from an AVL¿s Indiset 620 pressure indicator, showing satisfactory results. All the other results obtained were analyzed and compared to literature¿s revision data showing a good concordance. The available technologies to measure the combustion pressure and the methods to check performance, are very important to study the combustion process, aiming the development of higher power engines, lower consumption of fuel and lower toxic gas emission / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T07:50:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_VitorLuiz_M.pdf: 22501479 bytes, checksum: 7dcc42bed756f7cd1dc28e2f763f91ed (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo dinâmico para o mecanismo biela-manivela com folga na junta de revolução pino-pistão. As equações do movimento para este sistema são obtidas através do método de Lagrange e os efeitos relacionados ao contato, atrito e lubrificação que atuam nos elementos com folga são alvo de estudo. O modelo da força de contato utilizado baseia-se na formulação de Hertz, considerando a inclusão do efeito dissipativo associado ao impacto entre o pino e o pistão. A força de atrito adotada baseia-se no atrito de Coulomb, porém adaptada à abordagem da dinâmica multicorpos. Tais modelos são validados com os resultados encontrados na literatura recente. A pesquisa apresenta contribuição na avaliação do efeito introduzido pela lubrificação hidrodinâmica na junta com folga. Dois modelos de lubrificação hidrodinâmica são avaliados: o primeiro apresenta uma solução direta e de baixo custo computacional; o segundo modelo obtém uma solução numérica que leva em consideração o efeito da aceleração imposta ao fluido lubrificante pelo movimento do mecanismo. A resposta dinâmica é obtida sob a variação paramétrica do tamanho da folga e a velocidade de rotação da manivela. Ao final, agrega-se ao sistema um modelo simplificado de geração da curva de pressão para um motor de combustão interna típico. Observou-se que a inclusão do modelo de lubrificação proposto não garante a sustentação do pino-pistão em regime de lubrificação hidrodinâmica durante as simulações efetuadas. Desta maneira, faz-se necessário o desenvolvimento de um modelo de lubrificação hidrodinâmica e elastohidrodinâmica capaz de determinar o comportamento no contato pino-pistão de maneira mais realista / Abstract: This work presents the development of a dynamic model for the slider-crank mechanism with clearance on the piston-pin revolute joint. The equations of motion for this system are obtained by Lagrange's method and the effects related to contact, friction and lubrication at the elements that operate in the clearance are the targets of study. The contact force model used in this work is based on Hertz formulation, considering the inclusion of the dissipative effect associated with the impact between the pin and the piston. The frictional force adopted is based on the Coulomb friction but adapted to the multibody dynamics approach. Such models are validated with the results found in recent literature. The research presents contribution in evaluating the effect introduced by hydrodynamic lubrication in the revolute joint clearance. Two models of hydrodynamic lubrication are investigated: the first model presents a direct solution of low computational cost, the second model results in a numerical solution that consider the effect of the acceleration of the lubricant fluid imposed on the movement of the mechanism. The dynamic response is studied for different sets of parameters of clearance and rotational speed of the crank. Moreover, a simplified model of the generation of the pressure curve for a typical internal combustion engine was included in the system. It was observed that the present lubrication model does not guarantee the support of the pin-piston system for hydrodynamic lubrication in the present simulations. Therefore, it is necessary to develop a more realistic model of hydrodynamic lubrication and elastohydrodynamic lubrication that is capable of reproducing the behavior of the piston-pin contact / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Silvia Azucena Nebra e Elizabeth Ferreira Cartaxo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual se Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:01:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_RicardoWilsonAguiarda_D.pdf: 17244783 bytes, checksum: a03d0eedccd3e72d383d8e704276c5cf (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho procurou-se apresentar um panorama da geração isolada de energia elétrica pelo Sistema CEAM, quanto às suas características técnicas e econômicas, e do mercado de conservação de pescado do interior do Estado do Amazonas, como bases para desenvolver um método que permita avaliações da introdução de cogeração nessas usinas, visando a produção de mo e gelo, como forma de elevação da lucratividade. Para tanto é mostrado que uma usina autônoma produzindo apenas energia elétrica no cenário interiorano amazonense não tem como ser lucrativa no cenário atual. Foi utilizado como ferramentas básicas elementos da teoria dos motores de combustão interna sob carga variável, teoria das máquinas de remgeração por absorção água-amônia e métodos termoeconômicos baseados na primeira e segunda lei da Termodinâmica. O quadro típico das usinas do interior é mostrado por dados coletados em visitas a cinco usinas, sendo duas delas de outros estados que não o Amazonas, mas que conservam características comuns com as usinas amazonenses. O mercado de pescado é discutido sobre dados bibliográficos. E, do cruzamento desses quadros, são inferidas características da interdependência entre remgeração industrial e energia elétrica / Abstract: This investigation shows a panorama of the isolated power generation of the Amazon State CEAM System regarding its technical and economic characteristics, as well as the problems of the refrigeration facilities of the tishing industry of inland the State, focusing to develop methods to evaluate the introduction of cogeneration in the generation system to the enhance its protitability. Meanwhile, it is shown that a autonomous power station can not expect to become protitable in the Amazonian nowadays scenario if it uniquely produces electric energy. To achieve this objective the main theoretical background were elements of the theory of internal combustion engines under variable charge, the theory of aquammonia absorption refiigeration devices, and methods belonging to thermoeconomics based on tirst law and second law of thermodynamics. A typical profile of the stations of the CEAM System is showed by collected data on tive autonomous power stations among the Northern Brazilian autonomous power grid. The tive power stations preserve common characteristics among them. The market of the tishing industry is showed by bibliography surveyed data. These data made possible to infer the profound relationship between refiigeration and electric energy / Doutorado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador: Rogério Gonçalves dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T08:52:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moura_ThomasMaciel_M.pdf: 9244388 bytes, checksum: 3a2911cd9007419015756a4c0e6b6ab6 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Dentre os fenômenos físicos que ocorrem dentro dos coletores de admissão, as ondas de pressão mostram influenciar significativamente na dinâmica de enchimento dos cilindros dos motores a combustão interna aspirados. A origem destas ondas de pressão é a ressonância acústica que ocorre nos elementos que compõem o sistema de admissão como resposta ao fluxo não permanente causado pelo abrir e fechar das válvulas. Este trabalho tem por objetivo avaliar as características acústicas de geometrias de coletores de admissão através de análises modais e harmônicas executadas pelo do método numérico dos elementos finitos (FEM, finite element method). Com este método é possível discretizar geometrias complexas (como os coletores de admissão) e assim avaliar os efeitos tridimensionais nas características acústicas dos mesmos. Testes foram executados aplicando as metodologias em geometrias que possuem formulação analítica de forma a se validar o procedimento. Apresenta-se os seguintes resultados: análises modais acústicas de forma a se determinar as frequências naturais acústicas e os modos de algumas geometrias de coletores de admissão (com e sem câmaras ressonadoras); análises harmônicas de forma a replicar a medição experimental do coeficiente de transmissão acústica. Este coeficiente é uma métrica que informa o comportamento em frequência do componente acústico, podendo-se observar em que frequências há ganho de pressão acústica ou há supressão das mesmas. Conseguiu-se correlacionar os modos das cavidades com a medição do coeficiente de transmissão acústica. Foi possível também observar que as câmaras ressonadoras modificam significativamente a resposta acústica dos coletores de admissão / Abstract: Among the physical phenomena that occur inside an intake manifold, the wave action shows have strong influence in the cylinder filling process in aspirated internal combustion engines. The origin of these pressure waves is the acoustic resonance that happens in the components of the intake system as response to the unsteady flow generated by the opening and closing of the valves. This work has the objective of evaluate the acoustic characteristics of intake manifold geometries by performing modal and harmonic analyses via FEM (Finite Element Method). Applying this method is possible to discretize complex geometries (like intake manifolds) and this way to evaluate the three-dimensional effects on the acoustic characteristics of the components. Tests were performed by applying the methodology on geometries that have known analytical solutions and therefore evaluate the approach. The following results are presented: modal analyses calculating the frequencies and shapes of the acoustic modes of some intake manifold geometries (with and without resonator chambers). Harmonic analyses of the same geometries, configured to replicate the experimental measurement of the acoustic transmission coefficient (at). This coefficient represents a metric of the frequency response of acoustic components, showing at which frequency there is acoustic pressure gain or suppression. It was possible to correlate the modes of the cavities with the calculated acoustic transmission. It was evident by the results that the presence of resonance chambers greatly affected the acoustic response of the intake manifolds studied / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marcelino Pereira do Nascimento / Resumo: Estudos recentes mostram tendência de desenvolvimento de sistemas capazes de recuperar energia dos gases de escape. Apesar de ser de fato uma fonte de energia, os sistemas para recuperação instalados na linha de exaustão mostram grande complexidade e necessidade de muito espaço de instalação. O presente estudo demonstra a viabilidade de recuperação de energia do sistema de arrefecimento com espaço de instalação reduzido. O estudo propõe a geração de vapor através de perfis instalados nas paredes da câmara de combustão e sua aplicação em um ciclo Rankine para gerar trabalho através de expansor. A simulação realizada com o software GT-Power demonstra a possibilidade de extrair calor das câmaras com a mesma eficiência de um sistema convencional de arrefecimento por água e aditivo. Paralelamente, o estudo propõe um sistema de recirculação de gases de exaustão sem o uso de um trocador de calor, patenteado pela empresa patrocinadora, complementando a estratégia para evitar o uso desnecessário de energia em um motor a combustão. Os gases provenientes da linha de baixa pressão da exaustão são admitidos pela linha de ar limpo, em alta pressão, através do uso de uma válvula Laval. Os resultados são provenientes de uma rotina de cálculo em Excel, base VBA. O sistema permite que os gases fluam por fora da turbina e elimina a necessidade de um trocador de calor, resolvendo o maior problema dos sistema convencionais de recirculação de gases em baixa pressão. A combinação das duas soluções,... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor