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Title: Efeito do biodiesel no bico injetor e na emissão de material particulado em motor do ciclo diesel
Authors: Oliveira Filho, Manoel Fernandes de
Keywords: Motor diesel;Biodiesel;Emissões;Desgaste;Atomização;Bico Injetor Common Rail
Issue Date: 13-May-2016
Citation: OLIVEIRA FILHO, Manoel Fernandes de. Efeito do biodiesel no bico injetor e na emissão de material particulado em motor do ciclo diesel. 2016. 145f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.
Portuguese Abstract: Bico injetor é um importante componente do sistema de injeção de um motor diesel responsável pela atomização do combustível, por uma combustão eficaz e uma baixa emissão de poluentes, a qual afeta diretamente o meio ambiente e o sistema cardiovascular humano. Os padrões limítrofes de emissões veiculares definidos pela legislação ambiental são crescentemente rigorosos, como o PROCONVE P7, no Brasil e a Euro 6, na União Européia e restringem o tamanho do material particulado e NOx. O objetivo desta Tese foi investigar e compreender os mecanismos de desgaste de materiais frágeis e dúcteis que se submetem à ação de um atomizador do tipo Common Rail, erosão, cavitação, aderência, adesão e corrosão. Desenvolveu-se um método sistemático para avaliar biocombustíveis diesel, com aditivos ou obtido em postos, o seu processo de atomização e sua interação com dois materiais estruturais, um quimicamente ativo, cobre eletrolítico e um quimicamente inerte, vidro de óxido de silício. Um dispositivo equipado com uma câmara de atomização de alta pressão (HPSC), um dispositivo de ensaio de bico injetor e uma câmera CCD foram usados na avaliação do processo de atomização. Nesta, foram ensaiados quatro fluidos: Ultrasene (fluido padrão da máquina TM 507); B6 aditivado com tensoativos; B6 com tensoativos e água e B6 com tensoativos, água e glicerina. Uma bancada dinamométrica foi utilizada nos ensaios dos motores estacionário diesel monocilíndrico, marca Branco BD 5.0, quatro tempos, de 5 cv funcionando com os combustíveis supracitados. Ao final de 150 horas de ensaio de cada combustível, o motor foi desmontado, inspecionado visualmente e feito um recondicionamento completo (incluindo bico injetor). O material particulado resultante da combustão foi coletado por uma cápsula de coleta de gases da combustão, desenvolvido pelo Grupo de Estudos de Tribologia e Integridade Estrutural (GET/UFRN). Técnicas de análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS) foram usadas para avaliar os danos resultantes nos materiais submetidos à atomização e aos materiais particulados resultantes da combustão do motor diesel BD 5.0 após 20 e 150 horas. Para cada fluido ensaiado foi utilizado um bico injetor novo e os jatos atomizados por cada bico (novo e após ensaios) foram filmados com câmera CCD (resolução de 10 kfps). Posteriormente esses bicos foram analisados por MEV e EDS. Observaram-se partículas metálicas com áreas entre 0,5 e 50,0 μm2. Evidências de desgaste por aderência, adesão, corrosão, erosão e cavitação foram observadas no bico injetor, devido ao processo de atomização dos fluidos.
Abstract: A nozzle is a very important component of a diesel engine injection system. It is responsible for the atomization of the fuel for efficient combustion and low pollutant emissions levels, which directly affects the environment and the human cardiovascular system. The standards of vehicle emissions set by the environmental legislation are increasingly stringent, as PROCONVE P7 in Brazil and Euro 6, in the European Union. They restrict the size of the particulate material and NOx emissions levels. The main objective of this thesis is to investigate and understand the wear mechanisms of brittle and ductile materials which undergo the action of an atomizer type common rail, erosion, cavitation, adherence, adhesion, and corrosion. A systematic method was developed for evaluating diesel biofuels with additives or obtained in gas stations, its process of atomization and its interaction with two structural materials: a chemically active, electrolytic copper, and a chemically inert, silicon oxide glass. A test rig equipped with a high-pressure atomizing chamber (HPSC), a carrier device for ductile and brittle materials and a CCD camera were used to evaluate the atomization process. In this test rig there were tested three fluids: Ultrasene (standard fluid of the fluid nozzle testing machine TM 507), B6, B6 additivated with surfactants plus water and additivated B6 with surfactants, water and glycerin. A dynamometer test rig was used for testing a stationary diesel single cylinder engine, brand Branco, model BD5.0, four-stroke, 5 cv diesel, with the aforementioned fuels. In the end of 150 hours of each test fuel, the engine was disassembled, visually inspected and its main parts were replaced - piston, piston rings, pin, connecting rod, bearings, valves, seals, gaskets and the nozzle repair were replaced. The particulate matter coming from the combustion process, was collected by a device developed in the Tribology Study Group and Structural Integrity (GET-UFRN). Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) techniques were used to assess the damage resulting from the materials submitted to atomization and the particulate matter from the exhaust of combustion after 20 and 150 hours. Each fluid was atomized by a new nozzle and the spray atomized by each nozzle (the new one and after testing) was recorded using a CCD camera in a 10 kfps resolution. Posteriorly, those nozzles were analyzed by SEM and EDS. It was observed metal particles ranging in size from 0.5 to 50.0 μm2. Evidences of wear by adherence, adhesion, corrosion, erosion and cavitation were observed on inject nozzle because the fuel atomization processes.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/22331
Appears in Collections:PPGEM - Doutorado em Engenharia Mecânica

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