INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO DO COMBUSTÍVEL EM MOTORES DE ... · superior. Permite estudo mais...

Departamento de Engenharia Mecânica

INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO DO COMBUSTÍVEL EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

Aluna: Paula Calderón Nunes Orientador: Sérgio Braga

Introdução

A tecnologia FLEX-FUEL (ou FLEX), nasceu de pesquisas realizadas nos Estados Unidos, Europa e Japão no final da década de 80, incentivada pela necessidade de solucionar o problema da falta de infraestrutura de abastecimento para o uso de metanol e etanol, o que inviabilizava o uso e expansão desses combustíveis. O desenvolvimento dessa tecnologia possibilitou o uso de combustíveis formados por misturas de álcool-gasolina até o limite de 85% de álcool. Com o aumento do preço do petróleo, medidas foram tomadas para descobrir maneiras alternativas de produção de energia e diminuição de gases poluentes. Um programa de redução do consumo de combustível foi adotado nos Estados Unidos em 1975 que impôs regras rígidas aos fabricantes para a produção de veículos mais econômicos.

A indústria automobilística brasileira começou a produção de automóveis FLEX-FLUEL com até 100% de etanol. Os veículos nacionais do tipo FLEX possuem um módulo de injeção eletrônica que é capaz de gerenciar o funcionamento do motor para utilizar álcool hidratado e gasolina, misturados em qualquer proporção.

O presente trabalho tem por objetivo estudar e analisar os resultados obtidos pela máquina de compressão rápida, MCR, e pelo motor FLEX de combustão interna. Este apresenta um estudo experimental do processo de combustão em uma MCR e em um motor FLEX do ciclo Otto, funcionando com gasolina com diferentes níveis de etanol. Foram obtidos resultados de diversos parâmetros com essa mistura gasolina/etanol, em diferentes condições de operação. A MCR é capaz de simular uma compressão única, incluindo parcialmente o processo de expansão de um motor sob condições termodinâmicas iguais às de um motor real, portanto permitindo um estudo detalhado dos processos de injeção, mistura e combustão. A simplicidade na mudança de alguns parâmetros na MCR, como a taxa de compressão e o tempo de centelha, é outro ponto positivo, considerando que esses fatores são difíceis de serem alterados em uma bancada de testes com motores convencionais. Porém, alguns dados na MCR são diferentes do motor, como o volume. Por isso foi necessária a comparação entre os dois métodos de teste. Com auxílio deste aparato foi possível adquirir e analisar resultados de diversos parâmetros.

Objetivos O principal objetivo dos testes realizados foi testar combustíveis com menos

porcentagem de líquidos derivados do petróleo e maior quantidade de etanol, o que faz com tal combustível se torne menos poluente. O trabalho investiga experimentalmente as características da combustão de gasolinas com diferentes níveis de etanol numa MCR e em um motor de combustão interna, simulando experimentalmente parte do ciclo Otto (combustão, expansão e expansão parcial). E, com os resultados obtidos pela MCR e pelo motor, realizar um estudo comparativo dos parâmetros do funcionamento do motor como: posição de deslocamento do pistão; taxa de compressão; rendimento; trabalho para diferentes tempos de centelha; taxa de liberação de calor; pressão e temperatura na câmara de combustão entre outros.


Materiais e métodos experimentais Para a realização dos testes, foram utilizados a máquina de compressão rápida, MCR,

e o motor de combustão interna, além de softwares para análise dos dados. O motor escolhido para a realização dos testes foi o FLEX TU3-1, 4L, da PSA

Peugeot-Citroën pela sua simplicidade da câmara de combustão. Trata-se de um motor representativo da frota nacional, que tem ignição por centelha, aspirado, quatro cilindros, utilizado em veículos de passeio.

O funcionamento da máquina de compressão rápida está baseado no movimento de

dois pistões cilíndricos em direções opostas, montados de forma concêntrica. Isto permite que haja um equilíbrio de massas e conseqüentemente, uma drástica diminuição das vibrações, facilitando a coleta dos dados de forma mais precisa através de diversos sensores da máquina além de facilitar a visualização dos fenômenos que ocorrem no interior da câmara de combustão.

A MCR funciona por meio de dois sistemas: hidráulico e pneumático. O sistema hidráulico é responsável pelo acionamento do pistão principal, gerando o shot (movimento do pistão) de ensaio e por garantir vedação entre o cilindro e o cabeçote da MCR. O sistema pneumático fornece pressão para acionamento da MCR além de disponibilizar ar/gases para preparo das misturas de teste. A máquina de compressão rápida é operada através de seu software próprio (CAMAS) que consiste em um programa que permite controlar todos os comandos eletrônicos do equipamento.

Tal máquina é capaz de simular uma compressão única, incluindo parcialmente o processo de expansão de um motor sob condições termodinâmicas iguais às de um motor real dentro de um intervalo de ± 40 graus de ângulo de manivela próximos ao ponto morto superior. Permite estudo mais detalhado dos processos de injeção, vaporização das gotas de combustível, mistura ar-combustível, ignição e combustão, incluindo diagnóstico ótico, bem como coleta de dados de deslocamento do pistão e de pressão na câmara de combustão.


Metodologia No estudo experimental, foi utilizado um motor de combustão interna FLEX TU3. Para

execução dos ensaios não se adotou nenhum critério rígido na definição dos pares torque x rotação a serem avaliados neste estudo da influência do combustível em motores. Procurou-se selecionar apenas rotações intermediárias entre 1.500 e 3.500 rpm, para facilitar a análise comparativa com os resultados da MCR. Sendo assim, foram definidos 15 pontos experimentais, constituídos por três rotações (1.500, 2.500 e 3.500 rpm) e cinco condições de torque correspondentes a 10, 25, 50, 75 e 100% do máximo verificado em uma dada rotação. Com o motor aquecido, ou seja, com as temperaturas da água de arrefecimento e do óleo


lubrificante estabilizadas em torno de seus valores nominais dava-se início aos ensaios. Durante uma série típica de medidas ajustava-se o dinamômetro para operar o motor, consumindo etanol hidratado, sob um dado par torque x rotação. Aguardava-se algum tempo de modo a obter uma operação em regime permanente e, então, efetuava-se o registro dos parâmetros de interesse, durante três intervalos de 60 segundos. Para cada par de torques e rotações, esses parâmetros eram medidos três vezes.

Para cada condição analisada, o sistema de aquisições da pressão foi programado para adquirir 200 ciclos do motor. A curva representativa da pressão para cada par torque x rotações foi selecionada de acordo com a que tinha maior proximidade com a média das 200 aquisições. Entretanto, para os casos em que a covariância da pressão média indicada, Cov (IMEP) era maior do que 10%, era necessário aumentar o número de ciclos para 300 para reduzir os desvios entre os dados de pressão.

Através do software INCA, foi possível monitorar diversas variáveis de interesse da central eletrônica do motor, tais como: avanço da ignição, ângulo de injeção, tempo de injeção, pressão no coletor de admissão, abertura da borboleta, entre outras. Com esses dados, foram montadas tabelas com diversos dados capazes de mostrar o desempenho do motor e gráficos ilustrativos.

Os ensaios do motor FLEX TU3-1,4L, da PSA Peugeot-Citroën, foram realizados em um dinamômetro de fabricação AVL, modelo START. Este conta com freio elétrico do tipo corrente parasita, modelo ALPHA 240 e pode testar motores com torque máximo de até 550 Nm. Os limites máximos de rotação e potência permitida são de 8.000 rpm e 240 kW (~320 cv), respectivamente.

Na MCR a dosagem do combustível foi originalmente projetada para usar sistemas de

injeção direta. Entretanto, as necessidades não são atendidas quando é preciso admitir misturas ar-combustível (líquido vaporizado ou gasoso) no interior da câmara de combustão, como ainda acontece nos motores do ciclo Otto com injeção no pórtico de admissão (PFI). Para atender essa necessidade, foram introduzidas modificações no software e hardware da MCR. Além disso, foi adquirido um sistema misturador de gases combustíveis e desenvolvido um dispositivo vaporizador de combustíveis líquidos, conforme detalhado anteriormente no segundo relatório técnico do presente projeto. Porém, nos testes preliminares na MCR usando o vaporizador de combustível constataram-se falhas continuas na combustão, ocasionados, ao parecer, por certa condensação do combustível nas paredes e pela formação irregular da mistura ar-combustível na câmara de combustão. Devido a essas dificuldades encontradas,


optou-se pelo uso de um sistema de injeção direta de combustível líquido, o que garantiria uma adequada vaporização e formação da mistura na MCR.

Resultados Os resultados apresentados a seguir contemplam somente a rotação de 1.300 rpm, devido

ao fato de tal rotação ter sido simulada na MCR. Na MCR, a máxima rotação possível simulada na MCR foi de 1.300 rpm, enquanto a mínima rotação do motor, segundo a matriz de testes selecionada, foi de 1.500 rpm. Apesar dessa diferença na velocidade, optou-se por realizar certa análise comparativa entre os resultados derivados da MCR e do motor. Por outro lado, nos ensaios da MCR foi simulada uma condição de plena carga, admitindo-se as massas adequadas do ar (a 110 kPa) e do combustível para obter-se uma mistura estequiométrica no cilindro. No caso do motor, a operação em torque máximo (a 1.500 rpm) foi selecionada para efeitos de comparação. Porém, deve-se frisar que a pressão do ar admitido pelo motor foi de 102 kPa e a mistura empregada foi ligeiramente rica. Destaca-se, ainda, que apesar dos ensaios da MCR e motor terem sido realizadas com valores próximos de y, as respectivas massas de ar e do combustível utilizados por tais equipamentos foram totalmente diferentes entre si. Na MCR, por possuir um curso maior ao do motor, as quantidades do ar e do etanol hidratado foram quase três vezes maiores quando comparado aos respectivos valores consumidos pelo motor (ver valores indicados nas Figuras 6-9).

As curvas da pressão no cilindro da MCR e do motor são mostradas na Figura 6. Observa-se que, apesar da MCR ter admitido uma maior quantidade de combustível, sua máxima pressão na combustão foi aproximadamente 15% inferior ao valor obtido no motor. Ainda mais, o perfil da pressão no cilindro na MCR foi notavelmente inferior a partir de 5° após o PMS, o que sem duvida geraria um menor trabalho útil no motor.

Por causa da MCR possuir um maior volume e, principalmente, ter admitido uma maior massa de ar e combustível, a temperatura dos gases no cilindro resultaram notoriamente inferiores quando comparados aos respectivos valores no motor (ver Figura 22 e Figura 23). Os picos de temperatura na MCR e no motor foram 944 K e 2105 K respectivamente. As curvas do “calor liberado/energia fornecida”, Figura 24, confirmaram, posteriormente, a menor quantidade de calor liberado pela queima do H100 na câmara de combustão da MCR.


No motor, essa razão, ligada diretamente à eficiência da combustão, alcançou um valor máximo de 0,76, enquanto na MCR atingiu o valor de 0,24.


Nota-se que, pela figura 6, que o pico de pressão se incrementa conforme aumenta o

torque do motor. O avanço da ignição, superior nas baixas cargas, tende a adiantar o ângulo correspondente à pressão máxima. Por outro lado, chama-se a atenção para o fato de que a 90 Nm, a inclinação da curva de pressão, entre o PMS e ângulo correspondente ao pico de pressão, diminui quando comparada á inclinação da curva relativa a 68 Nm. Essa característica estaria associada à alta variabilidade dos dados de pressão nessa condição de plena carga (Cov (IMEP) = 11,14%). Já que, existindo um elevado desvio dos dados, dificulta-se a escolha do ciclo representativo nesse ponto de ensaio.

Para exemplificar, as tabelas mostradas a seguir apresentam os resultados obtidos no

banco de ensaios do motor utilizando os combustíveis E85 e H81, nos regimes de 1.300, 2500 e 3500 rpm. A menor rotação utilizada foi a de 1.300 rpm, pelo fato de se igualar à rotação simulada na máquina de compressão rápida, cujos resultados serão comparados a seguir.


Tabela 11.1– Resultados obtidos em banco motor para o combustível E85

ROTAÇÃO

POSIÇÃO DO ACELERADOR

TORQUE OBSERVADO

POTÊNCIA OBSERVADA

PRESSÃO MÉDIA EFETIVA

TORQUE CORRIGIDO

POTÊNCIA CORRIGIDA


CORRIGIDA

COEFICIÊNTE DE CORREÇÃO

ABERTURA DA BORBOLETA DE AR

PRESSÃO DO AR NO COLETOR DE

ADMISSÃO

AVANÇO DA IGNIÇÃO

TEMPO DE INJEÇÃO

FRAU_W

FRM_W

VAZÃO DE COMBUSTÍVEL

VAZÃO MÁSSICA DO AR ÚMIDO

CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL


ISSO

CO

CO2

THC

NOx

H2O

FATOR LAMBDA MEDIDO PELA

SONDA

rpm

%N

.mK

wM

paN

.mkW

Mpa

-gr

aus

hPa

grau

sm

s-

-kg

/hkg

/hg/

kW.h

g/kW

.hvo

l%vo

l%pp

mC

ppm

vol%

-

1300

100.00

97.40

13.26

0.87

99.84

13.59

0.90

1.03

99.90

993.88

12.76

12.98

1.10

1.00

5.59

26.08

421.57

432.15

0.04

0.08

2.70

,1.06

0.77

0.92

1300

31.33

73.17

9.96

0.66

75.06

10.22

0.67

1.03

15.92

800.98

14.12

9.37

1.10

0.98

4.02

21.33

403.61

414.04

0.04

0.05

2.59

,0.93

0.79

1.01

1300

23.00

48.80

6.64

0.44

49.81

6.78

0.45

1.02

10.93

610.39

14.72

7.04

1.10

1.00

2.99

17.01

450.58

459.88

0.04

0.08

2.73

,0.94

0.78

1.01

1300

19.00

24.33

3.31

0.22

24.60

3.35

0.22

1.01

7.38

415.60

18.36

4.74

1.10

1.02

1.94

12.31

586.53

592.96

0.04

0.06

2.77

,0.83

0.77

1.01

2501

100.00

110.87

29.03

0.99

114.51

29.99

1.03

1.03

99.90

982.01

15.75

13.97

1.10

1.00

11.58

43.37

398.97

412.08

3.97

9.60

854.53

34.90

16.92

0.92

2501

31.00

83.27

21.81

0.75

86.58

22.67

0.78

1.04

26.08

818.61

18.01

10.11

1.09

0.99

8.33

37.61

381.84

397.01

0.50

10.77

125.25

8.22

15.85

1.00

2501

25.33

55.47

14.52

0.50

57.58

15.08

0.52

1.04

18.49

626.96

18.04

7.60

1.10

1.01

6.19

30.29

425.98

442.18

0.37

10.83

114.84

2.78

15.34

1.00

2499

22.33

27.70

7.26

0.25

28.58

7.49

0.26

1.03

13.18

427.67

21.25

5.01

1.10

1.01

3.97

21.50

546.83

564.18

0.07

10.95

42.78

279.93

14.53

1.01

3500

100.00

109.60

40.17

0.98

110.99

40.68

1.00

1.01

99.90

977.63

16.11

15.12

1.08

1.00

17.62

51.90

438.72

444.28

8.22

8.93

885.21

6.42

18.43

0.85

3500

31.00

82.30

30.17

0.74

83.24

30.52

0.75

1.01

31.09

811.49

19.24

10.00

1.08

0.99

11.59

46.30

384.11

388.49

0.22

11.53

20.71

969.83

17.11

1.01

3489

28.00

54.90

20.13

0.49

55.57

20.37

0.50

1.01

23.21

633.07

17.29

7.58

1.07

1.02

8.77

38.83

435.57

440.88

0.22

11.58

23.26

451.97

16.04

1.01

3499

25.00

27.40

10.04

0.25

27.61

10.12

0.25

1.01

16.64

437.78

19.66

5.11

1.09

1.02

5.69

28.39

566.21

570.62

0.19

11.62

17.46

166.31

15.12

1.00

ROTAÇÃO


UMIDADE RELATIVA

TEMPERATURA DO AR

ATMOSFÉRICO

PRESSÃO DO AR SECO

PRESSÃO DO VAPOR DE ÁGUA

PRESSÃO ATMOSFÉRICA

PRESSÃO NO COLETOR DE

ADMISSÃO

TEMP. AR NA ENTRADA DO

FILTRO

TEMP. AR NO COLETOR DE

ADMISSÃO

TEMP. EXAUSTÃO (ANTES DO

CATALISADOR)

TEMP. ÁGUA NA ENTRADA DO

MOTOR

TEMP. ÁGUA NA SAIDA DO MOTOR

TEMP. ÓLEO DO MOTOR

TEMP. COMBUSTÍVEL

IMEP

COV (IMEP)

ÂNGULO DA PRESSÃO MÁXIMA

PRESSÃO MÁX.

PRESSÃO MÁX. - MÁX.

PRESSÃO MÁX. - MÍN.

CA10 MÉDIO

CA50 MÉDIO

CA90 MÉDIO

DURAÇÃO DA COMBUSTÃO

rpm

%%

°Cm

bar

mba

rps

iaba

r°C

°C°C

°C°C

°C°C

Mpa

%gr

aus

bar

MP

aM

pagr

aus

grau

sgr

aus

grau

s

1300

100.00

45.50

29.33

18.57

977.03

14.44

0.99

29.33

49.43

558.20

78.87

88.67

90.13

37.90

10.77

0.58

17.00

56.29

61.72

50.41

6.62

16.55

48.50

41.88

1300

31.33

43.67

29.83

18.35

977.26

14.44

0.80

29.83

51.40

558.67

77.80

86.43

94.57

39.57

8.18

1.27

18.33

41.53

48.18

34.03

7.87

18.59

51.21

43.34

1300

23.00

42.77

28.40

16.54

979.06

14.44

0.61

28.40

52.47

517.47

76.23

84.37

93.23

40.30

5.79

1.61

18.00

30.95

35.77

24.11

7.31

18.12

49.43

42.12

1300

19.00

42.10

25.40

13.65

981.95

14.44

0.41

25.40

53.93

458.63

78.40

84.37

89.20

40.90

3.19

3.17

18.33

19.42

22.87

13.81

8.10

19.08

48.53

40.43

2501

100.00

41.83

32.20

20.12

975.48

14.44

0.98

32.20

54.10

686.00

78.60

86.37

91.57

38.80

12.04

1.19

20.00

55.46

65.23

45.76

8.53

19.71

50.59

42.06

2501

31.00

38.50

34.53

21.10

973.82

14.43

0.81

34.53

55.63

696.60

78.83

86.20

101.47

41.17

9.16

1.39

19.67

42.46

50.82

34.68

8.37

20.27

51.85

43.48

2501

25.33

37.40

34.27

20.19

974.72

14.43

0.63

34.27

56.07

671.70

78.30

84.73

102.63

42.47

6.52

1.92

20.67

30.13

35.45

19.53

9.70

21.88

53.54

43.83

2499

22.33

36.77

32.43

17.92

976.76

14.43

0.42

32.43

57.37

612.27

78.37

83.47

97.33

43.17

3.63

3.49

20.00

19.21

23.82

11.46

9.97

22.22

53.22

43.25

3500

100.00

57.10

24.80

17.86

979.59

14.47

0.97

24.80

48.33

717.07

79.60

86.40

105.63

35.33

11.99

0.81

18.00

59.25

68.68

50.80

7.09

18.51

52.24

45.15

3500

31.00

52.90

24.73

16.48

980.50

14.46

0.80

24.73

51.33

748.37

79.83

86.30

109.80

37.00

9.20

2.16

17.33

46.05

54.24

34.81

6.52

18.85

52.84

46.32

3489

28.00

50.27

25.20

16.11

980.64

14.46

0.63

25.20

51.60

727.70

78.80

84.47

86.97

38.67

6.45

4.10

19.67

29.76

39.41

17.81

9.71

22.20

51.69

41.98

3499

25.00

48.60

23.83

14.35

981.95

14.45

0.43

23.83

51.43

690.20

78.13

82.80

99.47

40.13

3.86

5.38

19.00

19.59

25.97

10.53

9.67

23.01

54.31

44.64

TEM

PER

ATU

RA

S E

PRES

SÕES

DO

S G

ASE

SFL

UID

OS

CO

MB

UST

ÃO

NO

CIL

IND

RO

1

E85

PON

TO D

E FU

NC

ION

AM

ENTO

REG

ULA

ÇÃ

OVA

ZÃO

CO

NSU

MO

E P

OLU

ENTE

S


Tabela 11.2 – Resultados obtidos em banco motor para o combustível H81

ROTAÇÃO


TORQUE OBSERVADO

POTÊNCIA OBSERVADA


TORQUE CORRIGIDO

POTÊNCIA CORRIGIDA

PRESSÃO MÉDIA EFETIVA CORRIGIDA

COEFICIÊNTE DE CORREÇÃO

ABERTURA DA BORBOLETA DE AR

PRESSÃO DO AR NO COLETOR DE

ADMISSÃO

AVANÇO DA IGNIÇÃO

TEMPO DE INJEÇÃO

FRAU_W

FRM_W

VAZÃO DE COMBUSTÍVEL

VAZÃO MÁSSICA DO AR ÚMIDO


CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTÍVEL ISSO

CO

CO2

THC

NOx

H2O

FATOR LAMBDA MEDIDO PELA SONDA

rpm

%N

.mK

wM

paN

.mkW

Mpa

-gr

aus

hPa

grau

sm

s-

-kg

/hkg

/hg/

kW.h

g/kW

.hvo

l%vo

l%pp

mC

ppm

vol%

-

1300

100.00

96.9

13.19

0.870

97.58

13.28

0.876

1.007

100

997.11

1313.3

1.10

1.03

5.29

26.08

401.31

404.11

0.26

11.52

77.50

16.89

19.36

1.02

1300

30.00

72.9

9.93

0.655

73.40

9.99

0.659

1.006

16801.77

1410.4

1.10

1.09

4.18

21.15

420.61

423.32

0.14

11.57

34.28

329.67

17.78

1.00

1300

21.67

48.4

6.59

0.434

48.70

6.62

0.437

1.006

11609.42

167.7

1.10

1.11

3.11

16.79

471.66

474.27

0.13

11.58

35.09

132.03

17.22

1.02

1300

17.00

24.2

3.30

0.217

24.36

3.31

0.218

1.005

7415.65

195.2

1.10

1.13

2.03

12.20

614.76

617.87

0.13

11.58

40.11

88.37

16.93

1.01

2501

100.00

109.0

28.57

0.979

110.48

28.96

0.992

1.014

100

984.92

1614.5

1.10

1.04

11.09

43.89

388.21

393.49

0.57

11.39

133.51

36.67

16.36

1.00

2501

32.67

81.7

21.39

0.733

82.55

21.62

0.741

1.010

25810.22

1811.2

1.10

1.11

8.64

37.10

403.71

407.91

0.41

9.77

84.46

12.49

13.66

1.00

2501

26.33

54.4

14.26

0.489

54.85

14.37

0.493

1.008

18622.10

198.4

1.10

1.12

6.44

29.66

451.72

455.45

0.29

11.38

87.91

4.34

16.11

1.00

2499

23.00

27.2

7.12

0.244

27.39

7.17

0.246

1.007

13425.74

235.5

1.10

1.11

4.13

21.05

580.25

584.23

0.07

11.48

56.34

359.98

15.51

1.01

3500

100.00

107.6

39.42

0.965

109.36

40.07

0.981

1.017

100

977.36

1715.0

1.10

1.00

16.15

52.36

409.64

416.47

3.18

10.01

522.68

20.28

16.98

0.93

3500

30.00

80.9

29.64

0.726

82.32

30.18

0.739

1.018

31812.12

2011.1

1.10

1.09

12.01

46.99

405.15

412.45

0.12

11.05

18.14

905.48

15.67

1.01

3489

27.00

53.9

19.75

0.484

54.66

20.03

0.491

1.014

23633.96

208.4

1.10

1.10

9.09

38.96

460.00

466.48

0.12

11.06

15.82

450.86

15.05

1.01

3499

24.00

26.9

9.84

0.241

27.20

9.95

0.244

1.011

17440.57

235.5

1.10

1.12

5.90

28.08

599.09

605.85

0.11

11.07

19.80

284.77

14.22

1.01

ROTAÇÃO


UMIDADE RELATIVA

TEMPERATURA DO AR ATMOSFÉRICO

PRESSÃO DO AR SECO

PRESSÃO DO VAPOR DE ÁGUA

PRESSÃO ATMOSFÉRICA

PRESSÃO NO COLETOR DE ADMISSÃO

TEMP. AR NA ENTRADA DO FILTRO

TEMP. AR NO COLETOR DE ADMISSÃO

TEMP. EXAUSTÃO (ANTES DO CATALISADOR)

TEMP. ÁGUA NA ENTRADA DO MOTOR

TEMP. ÁGUA NA SAIDA DO MOTOR

TEMP. ÓLEO DO MOTOR

TEMP. COMBUSTÍVEL

IMEP

COV (IMEP)

ÂNGULO DA PRESSÃO MÁXIMA

PRESSÃO MÁX.

PRESSÃO MÁX. - MÁX.

PRESSÃO MÁX. - MÍN.

CA10 MÉDIO

CA50 MÉDIO

CA90 MÉDIO

DURAÇÃO DA COMBUSTÃO

rpm

%%

°Cm

bar

mba

rps

iaba

r°C

°C°C

°C°C

°C°C

Mpa

%gr

aus

bar

MP

aM

pagr

aus

grau

sgr

aus

grau

s

1300

100.00

53.1

24.1

15.95

983.10

14.49

1.00

24.1

49.6

582.9

77.4

87.1

88.7

37.6

10.640

1.13

1852.135

58.970

46.154

818

5042

1300

30.00

50.2

24.3

15.25

983.80

14.49

0.81

24.3

51.8

563.8

77.0

86.1

92.7

38.6

8.164

1.31

1940.419

46.721

32.578

819

5143

1300

21.67

49.2

24.1

14.78

984.28

14.49

0.62

24.1

52.6

516.2

77.7

84.7

91.6

39.4

5.685

2.03

1929.270

35.095

21.323

819

4839

1300

17.00

49.0

24.0

14.61

984.44

14.49

0.43

24.0

53.1

462.8

77.8

83.3

89.3

39.6

3.176

2.37

2018.216

22.154

11.276

921

4940

2501

100.00

46.9

26.7

16.40

981.96

14.48

1.00

26.7

53.5

732.0

78.6

86.3

98.9

37.9

11.778

1.80

2150.742

62.836

38.207

1022

5242

2501

32.67

44.2

25.8

14.66

983.01

14.47

0.82

25.8

53.5

699.1

79.7

86.0

89.2

39.0

8.940

1.77

2139.623

48.117

30.329

1022

5243

2501

26.33

42.0

25.4

13.58

984.10

14.47

0.63

25.4

56.0

676.1

77.8

83.8

99.6

41.0

6.246

3.22

2326.765

33.777

15.100

1124

5038

2499

23.00

41.7

24.9

13.16

984.52

14.47

0.44

24.9

57.3

620.5

77.9

82.7

97.7

42.3

3.554

4.97

2216.752

22.202

9.632

1225

5240

3500

100.00

46.5

27.0

16.55

979.97

14.45

0.98

27.0

47.7

761.2

79.4

86.1

105.1

37.2

11.773

0.90

1955.848

63.084

43.729

820

5244

3500

30.00

43.1

27.5

15.84

979.76

14.44

0.82

27.5

50.6

744.2

78.3

84.5

90.0

38.9

9.051

2.42

1843.893

54.530

30.690

820

5346

3489

27.00

40.5

26.7

14.12

981.48

14.44

0.64

26.7

51.5

738.7

78.2

83.5

103.6

40.1

6.432

4.29

2030.052

39.177

17.268

1023

5444

3499

24.00

38.2

26.1

12.85

982.75

14.44

0.45

26.1

53.7

693.9

79.6

83.7

106.6

42.4

3.757

4.76

1919.761

25.217

10.500

923

5343

H"81

TEM

PER

ATU

RA

S E

PRES

SÕES

DO

S G

ASE

SFL

UID

OS

CO

MB

UST

ÃO

NO

CIL

IND

RO

1

PON

TO D

E FU

NC

ION

AM

ENTO

REG

ULA

ÇÃ

OVA

ZÃO

CO

NSU

MO

E P

OLU

ENTE

S

Foi observado que quanto maior o teor de etanol no combustível, maior seu consumo

específico. Desta maneira, o combustível que apresentou o maior consumo especifico foi o H100 enquanto o menor consumo foi observado durante os testes realizados com a gasolina E22. O resultado obtido era esperado, uma vez que o poder calorífico do etanol é inferior ao da gasolina.


Outra tendência observada nos ensaios foi o aumento do consumo específico de combustível a medida que a carga decresce. Os maiores valores obtidos durantes os ensaios ocorrem a 25% de plena carga para cada rotação.

Observou-se também, através da análise dos resultados obtidos em banco motor, que a duração de combustão aumentou com o teor de etanol misturado ao combustível. Apesar da velocidade de propagação de chama do etanol ser ligeiramente mais rápida que a gasolina, a quantidade de combustível injetado na câmara de combustão para as misturas com maior teor de etanol é maior devido a diferença no poder calorífico do combustível. Portanto, como o motor trabalha sempre buscando manter a mistura estequiométrica, a duração de combustão para combustíveis preparados com um maior teor de etanol foi maior.

Todos os tempos encontrados para duração de combustão se encontram dentro do encontrado na teoria. Segundo John B. Heywood (1988), estes valores devem se encontrar em uma faixa de 30° a 90°.

A Figura 12 apresenta as curvas de pressão no interior do cilindro obtidas durante os ensaios realizados na máquina de compressão rápida para a rotação simulada de 1300 rpm e fator lambda igual a 1.

10#

20#

30#

40#

50#

(50# (40# (30# (20# (10# 0# 10# 20# 30# 40# 50#

Pressão'(bar)'

Ângulo'rela1vo'ao'PMS'(graus)'

MCR'

E22#

H36#

E50#

H80#

E85#

E100#

H100#

Figura 12 - Pressão no cilindro versus ângulo simulado na MCR para os sete combustíveis

Pode-se notar o aumento de pressão com o aumento do teor de etanol presente na mistura

de combustível. A Figura 13, a seguir, apresenta as curvas de pressão no interior do cilindro para os sete

combustíveis testados no motor Peugeot TU3.


0"

10"

20"

30"

40"

50"

60"

)100" )80" )60" )40" )20" 0" 20" 40" 60" 80" 100"

Pressão'(bar)'

Angulo'rela1vo'ao'PMS'(graus)'

Motor'TU3'

E22"

H36"

E50"

H81"

E85"

E100"

H100"

Figura 13 - Curvas de pressão por ângulo do virabrequim para os sete combustíveis testados no motor Peugeot TU3

Pode-se observar que o pico de pressão referente ao combustível E22 está atrasado em relação aos outros combustíveis testados. Este fenômeno ocorre devido ao baixo avanço de ignição enviado como comando pela calibração implementada na central eletrônica.

Com base nas aquisições de pressão no interior do cilindro, alguns parâmetros foram calculados a fim de facilitar a correlação dos resultados obtidos no motor Peugeot TU3 com os resultados gerados através da MCR. Dentre estes parâmetros estão: pressão máxima no interior do cilindro, ângulo da pressão máxima, trabalho útil, retardo de ignição, fração de massa queimada e IMEP.

Conclusões Neste trabalho foram analisados e comparados os resultados finais dos testes realizados

da MCR e no motor referentes ao projeto intitulado “Influência da composição do combustível em motores de combustão interna”.

Sete combustíveis foram analisados, em uma posição de avanço da ignição e uma razão de compressão equivalente. Nestas condições de operação, representativas de motores flexíveis, foram obtidas as curvas de pressão no interior do cilindro e feito o acompanhamento da frente de chama através da aquisição direta de imagens por câmara de alta velocidade.

O registro das curvas da pressão permitiu evidenciar o aumento progressivo do pico da pressão com o teor de etanol na composição do combustível.

Os resultados foram analisados separadamente para cada combustível. Porém, todos eles foram comparados e apresentavam características semelhantes em alguns aspectos. Os parâmetros analisados foram selecionados de acordo com a necessidade da pesquisa.


Referências

1 – HEYWOOD, J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals; McGraw-Hill Book Co.; New York, 1988

2 – WYLEN, Van, G.J., SONNTAG, R.E., BOORGGNAKKE, G.. Fundamentos da Termodinâmica; 6ª ed., Edgard Blücher Ltda, 2003.

3 – CANAKCI, M., OZSEZEN, A.N., ALPTEKIN, E., EYIDOGAN, M.. Impact of alcohol-gasoline fuel blends on the exhaust emission of an SI engine, 2012.

4 – YÜCESU, H., TOPGÜL, T., ÇINAR, C., OKUR, M.. Effect of ethanol-gasoline blends on engine performance and exhaust emissions in different compression ratios, 2006.

5 – MATEKUNAS, F.A., A Schlieren Study of Combustion in a Rapid Compression Machine Simulating the Spark Ignition Engine, 1979. 6 – PULBAREK, W.W., Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine, Prantice-Hall, Upper Saddle river, 2003.

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